Combustibles nucléaires usés et déchets vitrifiés
Les déchets de haute activité sont ceux dont la gestion est prioritaire. Leur très forte radioactivité provient de la présence d’atomes extrêmement radioactifs dans le combustible usé déchargé des réacteurs.
L’activité en sortie de réacteur d’un assemblage de combustible de près de 500 kg est environ de 46 000 TBq (terabacquerels), soit par kilogramme 92,5 TBq. Ces 92,5 TBq/kg tombent à 14,8 TBq/kg au bout de 10 ans et à 1,85 TBq/kg au bout de 100 ans. Rappelons pour donner une idée de l’importance de ces activités que 1 térabecquerel équivaut à lui seul à 26,95 Curies. Unité historique, le Curie représente l’activité du gramme de radium isolé par Marie Curie.
Colis de déchets vitrifiés
Ce conteneur a été rempli de déchets vitrifiés de haute activité dans l’atelier de vitrification de l’usine de retraitement de La Hague. La chaleur dégagée par les verres qui incorporent les produits de fission et les actinides nécessite un refroidissement à l’intérieur de puits ventilés o ils sont entreposés en attendant leur futur stockage.
© AREVA /Sydney Jezequel
Même après 100 ans l’activité des assemblages de combustibles usés reste importante. Des pays comme les USA ont choisi de les considérer comme des déchets. En attendant une décision s’ils seront au final enfouis ou retraités, ils sont entreposés dans un premier temps en piscine. Les assemblages radioactifs sont placés ensuite dans un gros conteneur de plusieurs tonnes, appelé « château », dont les parois épaisses et les gaines enrobant les crayons du combustible irradié assurent la protection contre le risque radiologique.
La France a fait le choix de retraiter le combustible irradié des réacteurs. Lors de cette opération, les produits de fission et les actinides mineurs responsables de plus de 98 % de la radioactivité, sont séparés pour être conditionnés au sein de blocs de verre. Ces déchets vitrifiés constituent en France les déchets HA. Placés dans des conteneurs en acier, d’environ 400 kg ils sont plus faciles à manutentionner et occupent moins de place que les combustibles irradiés.
Évolution radioactive jusqu’à 800 ans d’un colis vitrifié
Évolution de la radioactivité d’un déchet vitrifié standard produit à La Hague au cours des 800 premières années. L’échelle des activités en TBq (un TBq vaut mille milliards de becquerels) donne une idée de la très forte radioactivité initiale de ces déchets. On observe une décroissance assez rapide – tout est relatif – due à la disparition progressive des éléments dits à vie courte comme le césium 137 et le strontium 90. L’échelle adoptée ne permet pas d’apprécier la radioactivité du colis au delà de 200 ans qui reste encore considérable.
© ANDRA
La radioactivité qui émane de ces colis est extrêmement élevée et dangereuse. Pour un colis frais elle est de l’ordre de 15 000 TBq. Les rayons alpha et bêta absorbés dans le colis dégagent de la chaleur mais ne s’en échappent pas. Par contre des rayons gamma émergent du colis. Si le strontium-90 et les actinides mineurs produisent pas ou peu de gamma. le césium-137 est un puissant émetteur gamma. Une brève exposition sans protection à 1 ou 2 m du colis expose à une dose mortelle.
Chaque année, environ 1200 tonnes de combustibles sont déchargées des réacteurs du parc électronucléaire français. Le retraitement réduit leur volume à 125 mètres cubes de verres. S’ils ne dégageaient pas de chaleur, une station de RER de quelques milliers de mètres cubes suffirait pour stocker les déchets vitrifiés accumulés jusqu’en 2020.
Après conditionnement, les déchets vitrifiés sont entreposés en surface. Les radioéléments à vie courte, très actifs, dégagent beaucoup de chaleur. Comme le combustible irradié, les déchets HA ont besoin d’être refroidis une cinquantaine d’années. Ils sont en principe destinés à un stockage géologique. C’est en France le projet CIGEO. Il importe qu’un tel stockage soit réversible pendant une longue période de remplissage, pour garder un accès aisé aux déchets.
Activité d’un colis vitrifié sur 1 million d’années
Pour représenter l’évolution de l’activité du déchet vitrifié jusqu’à un million d’années, il faut une double échelle logarithmique. Cette représentation permet un effet de « loupe » sur les temps courts et les activités les moins élevées. On voit ainsi qu’au bout de 1000 ans, l’activité du colis a décru d’environ 500 fois. Subsistent des radioéléments à vie longue. La disparition progressive de la radioactivité va de pair avec la décroissance de la chaleur dégagée.
© ANDRA
Les déchets HA sont parfois appelés déchets de haute activité à vie longue. En réalité, on ne sépare pas les éléments à vie courte des éléments à vie longue aussi bien dans les déchets vitrifiés que dans le combustible irradié. Si l’on insiste sur les éléments à vie longue, c’est parce que ce sont ces durées de vie qu’il faut prendre en compte à long terme.
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