Utilisation du plutonium

Un élément fissile produit dans les réacteurs

Quatre-vingt-quatorzième élément de la classification de Mendeleïev, le plutonium a été découvert en février 1941 par le physicien américain Glenn Seaborg. L’isotope le plus connu de ce « transuranien » est le plutonium-239, abondamment produit dans les réacteurs nucléaires. Issu de la capture d’un neutron dans l’uranium-238, le plutonium-239 est fissile.

Le plutonium-239 est un noyau à part, susceptible d’utilisation en tant que combustible nucléaire. A la fois produit et brûlé dans les réacteurs nucléaires, il offre une source d’énergie quasi inépuisable. Plus aisément fissile que l’uranium-235, le plutonium est recherché par les militaires pour confectionner des armes atomiques ou pour propulser porte-avions et sous-marins. Une boutade du prix Nobel de physique Georges Charpak résume les dilemmes posés : « Pour un comptable, une tonne de plutonium coûte 25 millions de dollars, pour un ingénieur elle assure 1000 mégawatts d’électricité durant une année, pour Saddam Hussein elle vaut 250 bombes nucléaires ».

La fission du plutonium-239 fournit plus de neutrons que l’uranium-235 : 2,91 en moyenne, dont 2,30 sont susceptibles d’engendrer une nouvelle fission. Sa probabilité est maximale lorsque l’on utilise des neutrons lents. Les neutrons rapides qui sont capables de fissionner tous les isotopes du plutonium permettent la surgénération.

En raison du rôle joué par le plutonium-239, on oublie souvent que le plutonium comporte d’autres isotopes dont l’un d’entre eux, le plutonium-241, est également fissile. Dans le cas d’un réacteur conventionnel à eau pressurisée brûlant de l’uranium enrichi, l’isotope 239 ne constitue que 58 % du plutonium retrouvé dans le combustible et les isotopes fissiles environ 70 %.

Le plutonium de qualité militaire utilisé dans les bombes atomiques doit contenir plus de 90 % de plutonium-239. Pour cette raison, le plutonium généré par les réacteurs civils producteurs d’électricité est impropre à la fabrication des bombes.

Pour le nucléaire civil, le plutonium-239 peut être rajouté au combustible des réacteurs et compléter ainsi une ressource aussi rare que l’uranium-235. La France a fait le choix d’extraire le plutonium des combustibles usés traités à l’usine de la Hague. La plus grande part de ce plutonium, au lieu d’être “stockée sur une étagère”, est inclue dans un combustible mixte, le MOX, pour être brûlé en réacteur. Le combustible MOX est plus radioactif que les combustibles UOX à l’uranium.

Après les 3 ou 4 années passées en réacteurs, ce combustible contient encore du plutonium, mais la proportion de plutonium-239 fissile a diminué, le rendant impropre à un retour dans les réacteurs de seconde génération actuels. Par contre, un réacteur comme l’EPR ou les réacteurs rapides pourraient s’accommoder de ce MOX de seconde génération, contribuant ainsi à la destruction du plutonium.

Non utilisé, le plutonium devient un déchet qui nécessite un stockage de longue durée. On évalue à 1000 tonnes la quantité actuelle mondiale de plutonium. Selon certains experts « les réserves (aisément exploitables) d’uranium fissile ne dépasseraient pas les 72 ans ». Il pourrait alors être utile de disposer de plutonium et de ressources quasi inépuisables grâce aux possibilités offertes par la surgénération, surtout si les réserves pétrolières commencent aussi à s’épuiser.

ANNEXES POUR EN SAVOIR PLUS SUR LA GESTION DU PLUTONIUM CIVIL
– 1) : L’évolution des stocks de plutonium
– 2) : Comment gérer l’inventaire
– 3) : Combustible, déchet, explosif ?
– 4) : Un combustible mixte le MOX

ET MILITAIRE
– 1) : Combustible, déchet ou explosif pour une bombe ?
– 2) : Prolifération du plutonium militaire
– 3) : Destruction du plutonium militaire