Bure, plongée dans l’éternité 11


Avec quelques autres membres du C@fé des Sciences, j’ai été invité par l’ANDRA à visiter leur Laboratoire de Bure. Ils y étudient et préparent le site “Cigéo” pour le stockage des déchets nucléaires français, en particulier les ”HA-VL” à haute activité et vie longue. Par “vie longue”, comprenez “mortels pendant environ un million d’années” …

Sirtin a écrit un petit récit de la visite et Benjamin a décrit la problématique et le site retenu. Pour ma part je me suis intéressé à la composition et à l’évolution de la radioactivité des déchets HAVL au cours de ce long temps. Mais avant de d’en parler, je commence par vous recommander vivement le documentaire “Into Eternity” dont voici le lancement :

Ce film traite de la sécurité d’un tel dépôt, en l’occurrence celui d’Onkalo en Finlande. Il aborde notamment de l’intéressante question de savoir comment signaler ces dépôts pour les prochaines générations, ou s’il faut au contraire effacer toute trace de leur existence.

Un passage mentionne une conviction des géologues que nous avons aussi entendue à Bure : il y aura une glaciation, voire plusieurs pendant la période concernée. Les constructions et les sociétés humaines seront détruites et reconstruites plusieurs fois. Mais en géologie, un million d’années est une période relativement courte sur laquelle on peut faire des prédictions fiables.

A la surface, l’horloge tourne très vite, alors que dans le rocher, elle tourne très très lentement (“Into Eternity”, 20:00)

Ce que j’ai réalisé en visitant l’ANDRA, c’est que l’ambition n’est pas de “construire” quelque chose qui durera un million d’années. Les spécialistes le savent autant que nous : le béton s’effritera, l’acier inoxydable se corrodera et les galeries s’effondreront bien avant. Ce qu’ils pensent faire, c’est insérer une couche géologique artificielle au milieu d’une autre naturelle, soigneusement choisie pour sa stabilité.

Pourquoi ces foutus déchets ont-ils besoin d’un million d’années de repos ? Pourquoi  n’arrive-t-on pas à les éliminer plus vite, plus activement voire plus utilement ?

Dans un réacteur nucléaire, chaque atome d’Uranium bombardé par un neutron fissionne en deux, parfois trois nouveaux atomes et en expulsant quelques neutrons qui vont perpétuer la réaction en chaîne. Les morceaux d’atomes d’Uranium cassés sont appelés “produits de fission”, et il peuvent être à peu près n’importe quoi, mais en gros:

  • 71% sont stables ou forment des atomes stables en moins de 10 ans
  • 11,8% ont des périodes radioactives de plus de 100 milliards d’années, donc peuvent être considérés comme stables
  • 6,8% ont des périodes entre 10 et 100 ans. Ce sont essentiellement le césium 137 et le strontium 90 bien connus à Tchernobyl et Fukushima, ainsi que le krypton 85, qui est un gaz noble, donc pas facile à traiter chimiquement. La période du césium 137 étant de 30,15 ans et celle du strontium 90 de 28,79 ans, on a défini les déchets HAVL comme étant ceux dont la période est supérieure à 31 ans, comme ça ces trois isotopes n’ont légalement pas à être stockés sous terre… (je n’ai pas trouvé comment ils sont traités. Sont-ils intégrés aux déchets HA-VL et décroissent-ils en surface ?)
  • Enfin, les 10.4% restants sont constitués de 7 isotopes qui constituent une bonne partie des déchets HA-VL :
    • 3,45 % de césium 135, d’une demi-vie de 2,3 millions d’années
    • 3,06 % de zirconium 93, d’une demi-vie de 1,53 million d’années
    • 3,06 % aussi de technétium 99 d’une demi-vie de 211’100 ans
    • 0,64 % d’iode 129, demi-vie de 15,7 millions d’années
    • 0,09 % de palladium 107, demi-vie de 6,5 millions d’années
    • 0,03 % d’ étain 126, demi-vie de 100’000 ans.
    • 0,025 % de sélénium 79, d’une demi-vie de 280 000 ans

    tous ces isotopes se désintègrent par radioactivité β, en émettant des électrons.

A part les produits de fission, une centrale nucléaire fabrique des “actinides mineurs”. En gros il s’agit des atomes d’uranium 238 qui n’ont pas éclaté en capturant un neutron mais se sont transformés en autre chose, principalement du plutonium 240 (6 500 ans) et du plutonium 239 (24 000 ans), mais aussi de l'américium 242 et 243, du curium 245, 246 et 250, du californium 249 et 251, etc. produits selon ce graphique:

production d’actinides par captures de neutrons dans un réacteur [2] © IN2P3

Ces isotopes ont de longues durées de vie, sont fissiles ou fertiles, et décroissent par radioactivité α ou émission de neutron : on doit les stocker comme déchets HA-VL aussi. “Heureusement”, le plutonium est apprécié par AREVA pour son combustible MOX ainsi que par les militaires, donc le volume des 7 isotopes de produits de fission n’est augmenté que de 3% environ par les 8 isotopes d’actinides mineurs.

Entre parenthèses, un des intérêts de la filière “thorium” est qu’elle ne produit pas beaucoup moins ces actinides.

Tout ce qui précède est résumé dans le dessins ci-dessous :

Transformation du combustible dans un réacteur à neutrons thermiques (image : Wikipédia)

A l'usine de retraitement de la Hague, le combustible irradié est dissous par des acides et séparé par le procédé PUREX. Le 95% d’uranium non fissionné est recyclé dans de nouvelles barres de combustible, le presque 1% de plutonium est utilisé “quelque part”, et les 4% qui restent constituent les déchets HA-VL. Ca ne représente “que” 120 m³/an pour les 58 réacteurs français. Un cube de 5m de côté….

Mais tellement radioactif qu’on ne peut pas en faire un cube de 5m de côté. Ces déchets sortent de PUREX sous forme d’une poudre qui est diluée dans du verre coulé dans des conteneurs en acier inoxydable. Chacun de ces “colis” contient environ 50 kg de déchets, 350 kilos de verre et 90 kg d’acier inox, pour une masse totale de 490 kg [3,4]. Hop tout d’un coup le volume décuple et on se retrouve avec 1200 m³/an de “colis”.

A terme, à la fin de la vie des réacteurs nucléaires actuels et si on n’en construit pas de nouveaux, environ 60’000 colis français devront être stockés à Bure.

Pendant les premières années, la radioactivité des colis est telle qu’ils chauffent avec une puissance de l’ordre de 2500 W chacun. On ne pourra les stocker sous terre que lorsqu’ils ne chaufferont plus qu’à 500 W, environ 40 ans plus tard. En attendant ils sont entreposés à la Hague dans des “puits ventilés” à l’air, sous un plancher où on peut se promener [4]. Etonnant. Et d’après le schéma avec la cheminée, ils n’ont même pas l’air de récupérer les mégawatts de chaleur dégagée. Pas écolo pour deux sous, ça..

Finalement, la décroissance de la radiotoxicité au cours des millénaires de ces déchets devrait ressembler à ceci :

décroissance de la radiotoxicité (en Sievert) des déchets produits à partir d’une tonne d’uranium naturel. Notez l’échelle log/log… . Source : wikipédia

La courbe verte représente le niveau de radioactivité dans un mine d’uranium. On considère que si on est en dessous, c’est “safe”. On voit que la courbe noire des produits de fission descend en quelques siècles en dessous grâce aux courtes vies du césium 137 et du strontium 90, puis fait un plus long palier à cause des isotopes à vie plus longue. Pour les “actinides mineurs” il faut compter dans les 10’000 ans. Et si un jour on renonce aux diverses applications du plutonium, il faudra faire un pari sur des millions d’années…

En écrivant cet article j’ai repensé à la pierre philosophale et découvert la librairie Python pyNE. Ca m’a donné une idée (de plus) pour un projet (de plus) dont je vous parlerai une fois (de plus), peut-être…

Les gens qui travaillent ici attrapent une sorte de “maladie scientifique” : ils ont un devoir, une tâche à accomplir. – Je crois que je ne comprends pas bien … – Non en fait, je crois que personne ne le comprend. (“Into Eternity”, 52:30)

(ajout/modif du 27.5.2014) Je découvre à l’instant qu’il existe un film intitulé A Bure, pour l’éternité” consacré au même sujet, quoique avec une optique assez différente puisqu’il traite de la maison des opposants au projet Cigéo. Le titre initial de mon article n’était en rien une allusion à ce film, je me suis plutôt inspiré de “Into Eternity”, mais pour éviter tout quiproquo je modifie le titre de mon article en “Bure, plongée dans l’éternité.”

Références:

  1. Etienne Vernaz, “Le cycle du combustible nucléaire“, CEA-VALRHO ( Marcoule )
  2. Les actinides mineurs : Neptunium, Américium et Curium” sur laradioactivité.com
  3. Catalogue descriptif des familles“, 2012, Andra
  4. Déchets vitrifiés : Entreposages à sec de déchets vitrifiés” sur laradioactivité.com
  5. Les déchets nucléaires” UARGA (site des retraités du groupe AREVA)
  • Hal

    Je m’écarte un peu du sujet pour aborder celui de la fermeture de la centrale de Fessenheim:
    Mettre au rebut une installation qui fournit une énergie utile alors qu’elle est jugée fiable par les autorités compétentes, n’est-ce pas organiser son obsolescence ?
    Alors que la nouvelle loi française sur la transition énergétique interdit l’obsolescence programmée ?

  • http://www.lesenfantsdetchernobyl.fr/index.html

    Le côté humain, depuis plus de 20 ans!

    Merci à eux de les recevoir pour baisser cette foutue irradiation, contamination qu’ils ont dans leurs chairs!

  • Pierre

    Je me demande si on est pas un peu trop rapide sur le stockage géologique.
    Si demain on met au point et industrialise un RNR qui permet de réduire considérablement les déchets à vie longue, ne vaudrait il pas mieux les ‘incinérer’ que de les stocker?
    Mais le stockage géologique est il réversible? Pourra on aller chercher les déchets le jour où… sans que ce soit un chantier cent fois plus compliqué et risqué que le voyage aller?
    Ça me fait penser à des déchets chimiques d’une des deux guerres enfouis à la va-y-que-j’te-pousse dans une mine (de potasse?) en Alsace (tout ça de mémoire floue) qu’il faut maintenant sortir, non sans difficultés….

    • Absolument d’accord. D’ailleurs la loi prévoit que le stockage dans Cigéo soit réversible ( voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%A9o#Réversibilité_du_stockage ) du moins pendant “un certain temps”. Lors de notre visite on nous a parlé de 2 siècles.

      Personnellement je suis convaincu qu’on les ressortira de là, car ce ne sont pas des “déchets” mais plutôt des “braises” formées dont on ne sait pas encore quoi faire alors qu’elles sont pleines d’énergie et de propriétés ignorées. Je me demande si on ne devrait pas les trier encore mieux à la Hague, en faisant des colis distincts par isotopes clairement identifiés sur les containers…

      Mais le stockage géologique me semble cohérent dans l’esprit de ne pas faire supporter le coût aux générations futures si ces isotopes se révèlent réellement inutiles.

      • LaurentC

        Allez, encore un petit mot…
        La réversibilité est, techniquement, une incongruité (qui est à mon sens largement à l’origine des dérives du devis Cigéo). Concevoir un stockage géologique réversible revient à intégrer deux contraintes diamétralement opposées, fragilise la démonstration de sûreté des deux options, et laisse tout le monde sur sa faim.
        Il s’agit là d’une question politique et non technique : soit on considère que le stockage géologique est sûr, et on le fait irréversible. Soit on a des doutes, et on ne fait pas.
        Techniquement, il serait sans doute préférable de commencer par des entreposages séculaires en surface ou en subsurface, histoire de voir venir (d’ailleurs, avec une fin de remplissage de Cigéo à 70 ans, on en est pas loin).
        Et de toute manière, avec un devis à 35 G€, on ne peut pas se payer Cigéo. Attendez vous à voir fleurir des entreposages sur les sites nucléaires existants. C’est beaucoup, beaucoup, moins cher (surtout en termes d’investissement), l’acceptabilité du public est plus facile (enquêtes publiques locales dans des régions “nucléarisées”), il n’y a pas de transports à faire, et c’est tout aussi sûr. Et surtout, la décision n’est pas définitive, et le coût décisionnel politique est donc bien plus faible.

        Enfin, pour répondre aux questions posées : l’utilité des transuraniens, voire du césium, est faible. Certes, il y aurait les générateurs isotopiques, mais l’expérience passée à montrer les limites des GI (voir les problèmes des russes…) Et la séparation poussée de ces trucs là est très très complexe, imparfaite, avec plein de déchets induits, et surtout très chère, sans réel retour sur investissement. Ne pas oublier que l’on parle là de génie chimique, pas de chimie analytique…

        • Sur le coût, il faut toujours se méfier des valeurs absolues. 35 milliards d’Euro ça parait beaucoup. Mais le parc nucléaire français produit a produit environ 10 Petawattheures (j’ai pris 300 TWh * 24 ans d’après https://fr.wikipedia.org/wiki/Industrie_nucl%C3%A9aire_en_France ), soit 10 .10^12 kWh à 5 centimes ce qui fait 500 milliards d’Euros de jus produit, et il y en aura encore (au moins) une fois autant avant que la dernière centrale ne soit débranchée.
          Proportionnellement, Cigéo ne vous coûtera pas plus que la taxe recyclage de votre TV. Mais évidemment, faut pas utiliser les sous pour construire un autre porte-avions…

  • LaurentC

    Vrai et faux à la fois. Le procédé actuel de retraitement des combustibles (Purex) vise à séparer matières valorisables et déchets ultimes. Le but de Purex était initialement d’extraire le plutonium pour usage militaire, puis de recycler l’uranium non utilisé du combustible irradié, puis de récupérer le Pu nécessaire au démarrage d’une filière à neutrons rapides. Et enfin de limiter le volume des déchets ultimes (non valorisables).
    Il y a actuellement des recherches en cours portant sur la séparation poussée, visant à séparer, dans ces déchets ultimes, ceux à période courte (césium, strontium…) de ceux à période longue. Le but ultime étant alors de faire un combustible “spécial” avec ces transuraniens pour les repasser en réacteur (rapide) et les casser en éléments de période plus courte. C’est le volet transmutation de la loi de 91.
    Ça se fait à l’échelle labo. C’est un des objectifs d’Astrid. La faisabilité industrielle n’est pas encore démontrée, pas plus que la rentabilité économique.

    Sur le deuxième point, il faut bien garder à l’esprit la définition même d’un stockage géologique. L’objectif n’est pas d’isoler les produits dangereux de l’environnement ad vitam aeternam, mais pendant la durée de temps nécessaire à ce que leur diffusion (inévitable) dans l’environnement n’impacte plus la biosphère.
    D’où la gestion par décroissance des radionucléides à vie très courte (médical par exemple), ou la durée de surveillance du CSFMA (300 ans, soit dix périodes du Cs137).

  • A moitié bon. Effectivement un isotope à demi-vie courte aura plus de désintégrations par seconde, qu’on mesure en Becquerels. Mais si il se désintègre par exemple “beta” en émettant un électron à faible énergie (mesurée en Gray), il fera beaucoup moins mal (en Sieverts) qu’un autre isotope de vie plus longue qui émettrait un alpha ou un neutron à haute énergie… je cause un peu des unités dans https://www.drgoulu.com/2013/11/03/la-radioactivite-naturelle/

    Les déchets HA-VL c’est les deux à la fois :
    – une activité de l’ordre de 1 térabecquerel par gramme,
    – ET une durée de demi-vie supérieure à 31 ans

    J’ai oublié de le dire dans l’article, mais ils représentent 0.2% du volume des déchets nucléaires (qui incluent les gants des gens qui ont ouvert un tube de marqueur radioactif dans un hopital) , mais 95% de la radioactivité de ces déchets (mesurée en je sais pas quoi).

    • LaurentC

      Bah, compliqué tout ça… Comme le Doc le précise, l’activité n’est pas directement liée à l’effet sur le biologique, qui est fonction du type de rayonnement (alpha, beta, gamma, neutrons, X) et de leur énergie (le gamma du Co60 est plus énergétique que celui du Cs137). Ne pas oublier que l’on a aussi une émission neutron par fission spontanée… (c’est comme cela que l’on tente de mesurer les émetteurs alpha, par mesure neutronique passive ou active, le rayonnement alpha étant lui difficile à choper).

      Par ailleurs, il faut bien différencier exposition externe et contamination interne.

      Les émetteurs alpha comme le plutonium ne posent pas de problème en termes d’exposition externe (mesurée en Gy) car on s’en protège très facilement (gants d’une boîte à gants, tenue ventilée…)

      Leur “dangerosité” (si on peut parler ainsi) est liée aux risques d’inhalation ou d’ingestion. Ainsi le radon peut s’inhaler très facilement (c’est un gaz), et va décroître ensuite en Polonium (solide) qui peut rester dans les poumons. On va donc mesurer des concentrations (DPUI, LDA, LPCA, RCA) qui, grâce à des modèles d’ingestion et de respiration (et fonction du radionucléide) vont permettre de remonter à des Sv qui est l’unité utilisée en radioprotection (limites de zonage radioprotection et de dose).

      Les DPUI permettent de prendre en compte la notion (importante) de période biologique (temps que va mettre le radionucléide a être éliminé par le corps humain). Ainsi, le tritium (isotope de l’hydrogène) va être éliminé très rapidement, alors que le plutonium ou l’uranium vont être fixés (sur les os pour le Pu). D’où l’utilisation de chélateurs pour en faciliter l’élimination en cas d’accident de contamination. Voir par exemple http://ansm.sante.fr/var/ansm_site/storage/original/application/34df08e381814b1630ab6e00cb2c7a49.pdf

      Pour répondre au Doc, le “95% de la radioactivité”, c’est 95% de l’activité mesurée en becquerels.

      Et pour brouiller encore un peu plus les choses, il est fondamental de savoir que, en France, la notion de déchet radioactif est totalement indépendant de celle d’activité. Est considéré comme déchet nucléaire un déchet sortant d’une zone à déchets nucléaires, ce zonage (zonage déchet) étant défini à priori en fonction des opérations se déroulant dans le local. On vérifiera donc par la mesure qu’un déchet conventionnel (issu d’une zone à déchets conventionnel) ne contiendra pas de radioactivité ajoutée, mais on ne peut déclasser un déchet nucléaire en déchet conventionnel, même si – par la mesure – on n’a pas le moindre Bq dedans (pas de seuils de libération).

      La France est le seul pays au monde à utiliser cette définition, la Suisse – par exemple – ayant défini des seuils de libération. C’est pour cela qu’un déchet produit au CERN côté Suisse mesuré “en dessous du seuil de libération” pourra être recyclé, alors que le même côté français ira au centre de stockage TFA.

      Marrant, non ?

  • LaurentC

    Bonjour et merci pour cet article.

    Quelques petites précisions :

    – dans les déchets générés, tu parles effectivement des Pf (produits de fissions), produits après retraitement du combustible. Ne pas oublier également les produits d’activation, générés en réacteur sous flux neutroniques. On y retrouve notamment le Co 60 (et le Fe 55). Périodes courtes, mais rayonnement gamma qui pique pas mal. Avec le Cs 137, c’est le gros de l’activité du CSA (centre de stockage FMA-FC). D’où l’intérêt des entreposages de décroissance (ICEDA, Diadem…) pour les déchets très activés qui ne peuvent aller immédiatement au CSA (mais qui sont acceptables au bout de quelques périodes – 5 ans pour Co60).

    – les déchets contaminés en césium 137 (gamma) et en strontium/yttrium 90 (béta) forment le gros de l’activité des solutions de Pf (et donc des déchets de démantèlement des usines de retraitement). Ils sont envoyés au CSA (stockage de surface) pour les colis qui respectent la limite d’activité (quantité de Bq).

    – le rapport alpha/beta+gamma des Pf est très faible (de l’ordre de 0,3%). La preuve que Purex marche pas si mal…

    – pas un spécialiste du thorium, mais ça m’étonnerait qu’il n’y ai pas quelques actinides. Bien sûr, les réacteurs au thorium peuvent théoriquement les incinérer (comme tout bon rapide), mais bon, pas simple…

    – “Ces déchets sortent de PUREX sous forme d’une poudre qui est diluée dans du verre coulé dans des conteneurs en acier inoxydable”. Non, ça, c’est à reprendre. La sortie du Purex est une solution d’acide nitrique. Le passage sous forme de poudre (calcinat) se fait au dernier moment, dans le calcinateur du procédé de vitrification. Et ce n’est pas une “dilution” dans du verre (ce n’est pas un enrobage ou un blocage). C’est au niveau atomique que les atomes de Pf sont intégrés dans le réseau vitreux. Après, oui, le verre est bien coulé dans des CDT ou CSD-V.

    – “Hop tout d’un coup le volume décuple” Oui, tout à fait. Et encore, il ne s’agit là que du colis dit primaire. Le colis de stockage (qui sera celui mis à Cigéo) ajoute encore de la masse et du volume…

    – “décroissance de la radiotoxicité” Euh… c’est un peu rapide. La courbe est en Sievert, qui est une mesure d’exposition externe. Bien pour les gamma, mais pour les émetteurs alpha et beta… Je sais que cette courbe est classique, mais je préférerais y voir autre chose que des Sv.

    Et merci pour ce blog…

    • Bienvenue et merci pour ces précisions.

      Avant de visiter Bure je pensais que certains produits d’activation se retrouvaient dans les déchets HA-VL. Ce n’est pas le cas (sauf erreur…) Dans l’article je me suis donc limité aux Pf + Actinides puisque c’est à cause d’eux qu’on doit faire un stockage géologique…

      Sur les actinides du thorium le document http://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/te_1450_web.pdf dit page 2 :

      In 232Th–233U fuel cycle, much lesser quantity of plutonium and long-lived Minor
      Actinides (MA: Np, Am and Cm) are formed as compared to the 238U–239Pu fuel cycle,
      thereby minimizing the radiotoxicity associated in spent fuel. However, in the back end
      of 232Th–233U fuel cycle, there are other radionuclides such as 231Pa, 229Th and 230U,
      which may have long term radiological impact.

      Donc ok il n’y en a pas “pas”, mais “beaucoup moins”.

      Oui j’aurais vraiment voulu trouver de meilleures courbes que celles-là, indiquant les divers isotopes, les rayons alpha+beta+gamma dans toutes les unités qu’on veut. Alors j’ai trouvé Decay Engine++ de Nucleonica (il faut s’inscrire pour l’utiliser) qui permet de faire des courbes comme celle -là https://www.drgoulu.com/wp-content/uploads/2014/05/DecayEngine++.png , mais je ne m’y connais pas assez (et il faut payer) pour obtenir les courbes correspondant aux déchets HA-VL.