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Dossier - Traitement des déchets nucléaires : quel avenir ?
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Les déchets de l’industrie nucléaire sont spécifiques à bien des égards : leur toxicité diminue avec le temps, et leur diversité nécessite des méthodes de conditionnement adaptées aux volumes et à leur nocivité. Par chance, les plus dangereux sont aussi les moins nombreux. Comme dans toute filière en essor, des procédés éprouvés sont mis en œuvre à l’échelle industrielle – c’est le cas de la vitrification, de la cimentation, du compactage et du bitumage - tandis que des recherches sont menées pour améliorer les performances des procédés actuels, et avec des échéances plus lointaines, résoudre des difficultés nécessitant des sauts technologiques majeurs, comme dans le cas de la transmutation des actinides par exemple.

  
DossiersTraitement des déchets nucléaires : quel avenir ?
 

De manière générale, une technologie déployée dans l'industrie est toujours la résultante d'un compromis. Dans la majeure partie des cas, il s'agit d'un compromis entre les performances que l'on souhaite les plus élevées possibles et les coûts que l'on cherche à minimiser. Les experts et décideurs le considèrent comme bon au moment du déploiement mais il se dégrade à partir du moment où les contraintes changent (réglementation, concurrence), ou bien si l'évolution des technologies autorisent des gains de productivité. Ce principe est valable pour les techniques présentées, du moins certaines d'entre elles, qui seront amenées à évoluer dans l'avenir. Plus que la baisse des coûts - les volumes à traiter étant relativement faibles - les industriels cherchent surtout à accroître la polyvalence, la flexibilité et la robustesse de leurs procédés et améliorer la qualité des produits (meilleure durabilité, plus grande homogénéité...). Les notions de polyvalence et de flexibilité répondent au problème posé par la variabilité des déchets à traiter. Par exemple, certaines solutions de produits de fission provenant du traitement des combustibles de la première génération de réacteurs pourraient être solidifiées plus facilement avec un procédé de vitrification de conception radicalement nouvelle. Quant à la démarche d'amélioration de la qualité des produits et notamment des performances de confinement, elle semble pleinement justifiée étant donné les enjeux.

L'évolution des technologies en place ne conduit généralement pas à une rupture radicale, qui mènerait à considérer le problème sous un angle nouveau. Pour cela, mieux vaut partir d'une idée originale et imaginer les technologies capables de la réaliser (cas de la transmutation). L'idée a l'élégance de la simplicité, du moins en apparence. Elle part du principe qu'il est possible de transformer un radionucléide à vie longue en un ou plusieurs autres radionucléides à vies plus courtes, voire en noyaux stables. Cette possibilité est des plus sérieuse. Elle constitue du reste le premier axe de la loi Bataille. Quinze ans de recherche lui ont été consacrés et même si les résultats à l'échelle du laboratoire sont probants, l'on est encore loin d'une démonstration de la faisabilité industrielle. Tout n'est donc pas si simple.

Structures cristalines des actinides, montrant la complexité du plutonium © Wikipedia

Deux catégories d'éléments produits dans le cœur des réacteurs nucléaires confèrent aux déchets une capacité de nuisance sur le long, voire le très long terme : ce sont les actinides mineurs et les produits de fission à vie longue. Un bilan tenant compte de la radiotoxicité des éléments et des quantités produites conduit à une liste assez courte d'éléments gênants : américium, curium et neptunium pour les actinides et technétium, iode et césium pour les produits de fission. Si ces éléments, et parmi eux surtout les actinides mineurs, pouvaient être détruits, les verres retrouveraient une radioactivité semblable à celle du minerai d'uranium dès 300 ans au lieu de 10 000 ans environ pour les verres actuels.

Que faudrait-il faire pour arriver à cette situation quasi idéale ? En principe, les trois actions suivantes suffiraient : régler la question du plutonium, séparer du combustible les six éléments indésirables et les transmuter.

Le cas du plutonium a déjà été évoqué. Sa gestion complète, associée à celle des actinides mineurs nécessite, dans une perspective de poursuite du nucléaire, une évolution du parc de centrales au profit de réacteurs adaptés. L'EPR, qui est une évolution des réacteurs à eau pressurisée actuels constitue un premier pas dans cette démarche mais il faudra probablement des réacteurs différents, comme les réacteurs à neutrons rapides, pour réaliser pleinement la transmutation des actinides mineurs. Nous allons y revenir.

Usine de retraitement de la Hague © Wikipedia Truzguiladh

La séparation des radioéléments gênants est possible avec des rendements compris entre 95 et 99,9 % suivants les éléments. Sur le principe, elle fait appel, comme pour la séparation de l'uranium et du plutonium, pratiquée lors du traitement des combustibles à La Hague, à des molécules sélectives qui piègent les éléments et à des traitements physico-chimiques pour les extraire du reste du mélange.

Vient ensuite la question de la transmutation. Que faut-il pour transformer le noyau d'un élément ? Des neutrons de préférence.

Les actinides vont pouvoir se fissionner si l'énergie des neutrons est suffisante, tandis que les produits de fission changeront de nature en intégrant un neutron au sein de leur noyau. Comme les réacteurs nucléaires sont des machines très productives en matière de neutrons, pourquoi ne pas réinjecter les déchets dans une installation du même type que celle qui les a créés ? Jusque-là tout paraît simple mais le constat que les réacteurs à eau de notre parc produisent plus d'éléments indésirables qu'ils n'en détruisent nous indique que ces réacteurs ne produisent pas assez de neutrons utiles pour ce genre de réaction. La raison tient au fait que les neutrons sont globalement trop lents pour transmuter les éléments cités. Il faudrait donc envisager des réacteurs à neutrons rapides pour obtenir des rendements intéressants. Le nombre d'installations dans le monde offrant des possibilités aux chercheurs de mettre au point ces techniques se compte sur les doigts de la main. En France, il reste Phénix, le père de Super Phénix mais dont l'arrêt est prévu pour 2008.

Au terme de quinze ans de recherches, l'enthousiasme des pionniers a laissé place à des avis plus nuancés. Les chercheurs se sont rendus compte que la transmutation des produits de fission était possible techniquement notamment pour le technétium mais se révélait au final peu attractive (rendements faibles, réduction marginale de la toxicité par rapport au gain attendu pour les actinides). Une alternative à la transmutation des produits de fission serait leur confinement dans des matrices spécifiques, encore plus durables que le verre. Des recherches sont en cours sur le sujet. Pour l'heure, il est encore trop tôt pour se prononcer sur l'intérêt de la démarche.

Pour les actinides en revanche, les résultats des recherches sur la transmutation peuvent être considérés comme positifs puisqu'il semble acquis que ces éléments pourront être consommés dans des réacteurs électrogènes à neutrons rapides de 4ème génération. Ceci étant, ces réacteurs ne pourront pas être déployés avant 2035-2040 du fait des verrous technologiques qui restent à lever. Si tout se passe comme les stratèges l'envisagent, ces réacteurs viendront progressivement prendre la relève des EPR (3ème génération) qui commencent seulement à émerger.