Nucléaire : l’Américium, c’est encore loin, papa ?

père et fils credits Jimmy Hightower (licence creative commons)

« Casser » certains noyaux atomiques pourrait être la solution pour réduire le volume et le coût du stockage géologique des déchets nucléaires ?

Par Michel Gay1.

père et fils credits Jimmy Hightower (licence creative commons)

Plus de 90% des déchets nucléaires en volume ont une durée de vie radioactive courte et ils deviennent rapidement neutres. Ils sont actuellement stockés dans trois centres (La Manche, Soulaines, Morvilliers) sans dommage pour l’environnement et pour un coût faible.

Moins de 10% des déchets restants sont des déchets dits de « haute activité à vie longue » (HA-VL) qui contiennent la majeure partie de la radioactivité. Ce sont les résidus ultimes du combustible nucléaire usé dont on a retiré les matières énergétiques recyclables : uranium et plutonium. Ils sont fusionnés, mélangés à du verre et coulés dans des conteneurs en acier inoxydable qui sont actuellement entreposés en surface dans des puits situés à La Hague.

Il est envisagé de les stocker définitivement, à l’horizon 2025, à 450 m de profondeur au sein d’une couche d’argile imperméable et stable depuis plus de 100 millions d’années. Même en prenant en compte les scénarios les plus pessimistes, les études réalisées in situ garantissent que ces déchets n’occasionneront aucune nuisance à nos descendants.

Ces colis de déchets seront suffisamment espacés pour tenir compte de la chaleur résiduelle dégagée. Il est à noter que ce dégagement de chaleur est un inconvénient important car il augmente fortement la surface et le volume du stockage souterrain afin d’éviter une élévation trop importante de la température dans les galeries.

Or, en « transmutant », c’est-à-dire en « cassant » certains noyaux atomiques (l’américium, le curium et le neptunium), appelés « actinides mineurs2 » qui composent ces résidus ultimes avec les produits de fission, ils dégageraient moins de chaleur, ce qui diminuerait l’emprise du stockage pérenne et son coût. C’est techniquement réalisable3.

Serait-ce la solution miraculeuse pour réduire le volume et le coût du stockage géologique ?

Cette transmutation des actinides mineurs est un processus lent qui ne peut se concevoir à grande échelle qu’avec le développement d’un futur parc de réacteurs à neutrons rapides, dits « de quatrième génération », envisageable à partir de 2050.

La mise en œuvre de cette transmutation, en apparence prometteuse, a cependant des aspects négatifs :

  • elle peut affecter certains paramètres de sûreté du cœur du réacteur nucléaire,
  • les contraintes (irradiation, thermicité) de fabrication, de manutention et de transport des assemblages induisent d’importantes difficultés, avec des conséquences sur les doses radioactives reçues par les travailleurs et sur les coûts.

De plus, elle diminue peu le nombre de colis de déchets (essentiellement composés de produits de fission à durée de vie radioactive courte) et elle n’apporte aucun bénéfice supplémentaire en termes de protection de l’environnement et des populations (explications en annexe). En effet, dans le pire des cas envisagés, même si des éléments de ces déchets, ou leurs descendants radiologiques, réapparaissaient dans cent mille ans, ils seront inoffensifs car leur radioactivité résiduelle4 se confondra avec la radioactivité naturelle de la terre.

Ainsi, même si elle apparaît séduisante, la transmutation des trois actinides mineurs (américium, curium, neptunium) complique la mise en œuvre et le cycle du combustible des futurs réacteurs à neutrons rapides sans apporter de bénéfice dans les domaines radiologiques, économiques et techniques. Son intérêt apparaît donc faible, voire inexistant.

Toutefois, un cas de transmutation procure un avantage, et un seul, mais qui peut être décisif ! Il s’agit, après un entreposage de 120 ans en surface, de la transmutation du seul américium, le principal contributeur du dégagement de chaleur au-delà de cette période. Ce siècle d’attente permet aux produits de fission5 et au curium (gênant pour leur fort dégagement de chaleur et leur radioactivité pendant environ 100 ans) de quasiment disparaître spontanément par désintégration naturelle.

Ce choix diviserait par deux l’emprise totale du stockage géologique tous déchets confondus (c’est-à-dire aussi avec les déchets de moyenne activité à vie longue), et réduirait même par sept la surface dédiée aux déchets de haute activité6 (HA-VL). Le volume de roche excavé serait aussi divisé par deux environ.

Cette orientation permettrait de valoriser au mieux les rares sites propices au stockage géologique qui obtiendront les autorisations nécessaires. Le CEA privilégie cette stratégie dans son dossier de décembre 2012 en notant qu’elle ne s’applique pas aux déchets du parc électronucléaire actuel (déchets déjà produits et en cours de retraitement).

Prévoir un stockage des déchets le plus compact possible pour économiser les espaces disponibles, notamment en prévision d’un développement important du nucléaire de troisième et de quatrième génération7, en France, vers le milieu de ce siècle, relèverait d’une saine gestion d’un parc nucléaire futur, et d’une politique énergétique visionnaire.

Annexe : 

Le seul intérêt de la transmutation est celui de l’américium pour gagner de la place dans le stockage géologique, car l’intérêt de la transmutation des autres actinides mineurs (curium, neptunium) et des produits de fission est faible, voire inexistant, dans les domaines techniques, économiques et même radiologiques.

En effet :

1) ces éléments, notamment le curium, sont « délicats » à manipuler pour réaliser cette transmutation. Ils sont fortement émetteurs de neutrons et de rayons « gamma » dont il est difficile de se protéger pendant les opérations de préparation (manutention, transport),

2) Selon le concept choisi, l’introduction d’actinides mineurs en réacteurs peut avoir un impact défavorable sur la sureté8, et sur le dimensionnement du stockage des combustibles usés dans la centrale nucléaire (chaleur résiduelle plus importante),

3) la transmutation ne supprime pas le besoin d’un stockage géologique qui représente la solution définitive pour gérer de manière durable les déchets radioactifs ultimes de haute et moyenne activité à vie longue, et elle ne réduirait que d’environ 10% la quantité de colis vitrifiés9,

4) cette stratégie ne s’applique pas aux colis de déchets déjà vitrifiés destinés au stockage géologique,

5) la transmutation a un surcoût de production d’électricité de prés de 10%, et jusqu’à 30% en utilisant des accélérateurs dédiés10 « ADS »,

Enfin et surtout,

6) la puissance thermique des colis de déchets, notamment du curium, a fortement diminué après un entreposage de 120 ans en surface, ce qui estompe le bénéfice11,

7) les actinides mineurs n’étant pas mobiles, ils ne contribueront pas aux doses radiologiques infimes lorsque des éléments réapparaîtront éventuellement dans des centaines de milliers d’années12. L’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA) a montré que, dans le pire des cas, seuls trois produits de fissions à vie longue13 réapparaîtront, et leurs contributions à la radioactivité ambiante seront 1000 fois inférieures à la radioactivité naturelle du sol14.
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  1. Article essentiellement fondé sur les cinq documents (n°1 à 5) du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) de décembre 2012 sur la gestion durable des matières radioactives (385 pages).
  2. Le plutonium est un actinide dit « majeur » mais, en France, il ne rentre pas dans la liste des éléments « nuisibles » à modifier car il est réutilisé (ou en attente de réutilisation) comme combustible.
  3. Document CEA n°1, décembre 2012, page 23.
  4. ANDRA, Stockage réversible profond, étape 2009, page 20 et 21 :
    « Pour mémoire, l’impact maximal potentiel, même en scénarios altérés, est très inférieur à la valeur de référence de 0,25 mSv/an, qui correspond elle-même à une fraction (environ 10%) de l’impact de la radioactivité naturelle :
    – la contribution des déchets MAVL apparait faible (< 0,0005 mSv.an-1),
    – la contribution des déchets HA (C) se situe plusieurs ordres de grandeur en dessous des limites de référence retenues (0,0008 mSv.an-1),
    – dans le cas où le stockage de combustibles CEA (CU33) serait envisagé, leur impact serait négligeable (inférieur à 0,0001 mSv.an-1),
    – l’évaluation est peu sensible à l’évolution hydrogéologique à un million d’années. »
  5. Notamment le césium 137 et le strontium 90.
  6. CEA n°2, page 61 et 62.
  7. En conclusion le CEA précise : « La capacité de développement des systèmes de 4° génération à neutrons rapides est un atout pour la France, tant pour sa sécurité durable d’approvisionnement énergétique, que pour la compétitivité de son industrie et pour l’emploi . »

    Ces réacteurs multiplient par 100 le potentiel énergétique de l’uranium, classant l’énergie nucléaire dans la catégorie des énergies durables, à l’échelle de plusieurs milliers d’années. Pour la France, la seule utilisation de l’uranium appauvri stocké sur son sol assurerait, en 2050, plus de 5000 ans de sa production d’électricité actuelle, ce qui améliorerait notre sécurité énergétique et notre balance commerciale (70 milliards d’euros d’achat à l’étranger de combustibles fossiles en 2013).

  8. CEA n°2, décembre 2012, page 41.
  9. Idem, page 55
  10. Idem, page 78.
  11. Idem, Page 82
  12. ANDRA Stockage réversible profond, étape 2009, page 17 : « Les actinides ne parcourent pas plus de 10 m (pour les plus mobiles) en un million d’années ».
  13. Iode 129, Chlore 36, Sélénium 79 (CEA n°2, page 57).
  14. Elle est de 2,4 milli sievert (mSv) par an en moyenne en France, et un peu plus dans les massifs granitiques comme dans les Alpes, le Massif-central et la Bretagne. Cette radioactivité naturelle peut atteindre 50 mSv par an dans la région du Kérala en Inde, sans dommage pour la population.
    Nous manipulons régulièrement de l’uranium présent dans la mer (3 mg par mètre cube) et le sol (trois grammes par tonne et jusqu’à 20 g par tonne dans les régions granitiques). Nous absorbons régulièrement des éléments radioactifs dans les légumes, la viande, le lait (potassium 40, carbone 14), ainsi qu’un « descendant » de l’uranium: le plomb. Comme pour tout, c’est la dose qui fait le poison.