Quelles options pour gérer le plutonium à long terme ?
Les stocks de plutonium sont condamnés à augmenter à court terme et avec eux les problèmes liés au stockage et aux risques de détournement. Les stocks augmentent même dans les pays qui le recyclent pour produire de l’énergie, car les réacteurs en service n’en font pas disparaître assez.
Vers une maîtrise de l’inventaire du plutonium…
En améliorant les combustibles, on pourrait réduire considérablement l’accumulation du plutonium et des actinides par rapport au « cycle ouvert » où le combustible irradié non retraité est considéré comme déchet. Une solution consisterait à brûler le plutonium et les actinides produits par des REP dans des réacteurs à neutrons rapides. Une autre solution consisterait à recycler plutonium et actinides dans des réacteurs REP avec un combustible de type MIX. Dans l’hypothèse où le parc de réacteurs conserverait sa puissance électrique actuelle de 60 GW, on diviserait par 5 l’inventaire de plutonium à l’échéance d’un siècle par rapport au cycle ouvert.
© IN2P3 (Source de données : Clefs CEA)
L’arrêt des réacteurs nucléaires stabiliserait à coup sûr ces inventaires. Mais l’énergie nucléaire ne produit pas de CO2. Elle est puissante. Il est plus que probable qu’à l’avenir elle prête main forte aux énergies renouvelables incapables de satisfaire à elles seules les besoins de l’humanité. Des recherches sont donc entreprises pour stabiliser et même réduire l’inventaire tout en maintenant l’option du Nucléaire. L’implantation industrielle de ces développements prometteurs prendra aussi du temps.
Comment gérer le plutonium de manière à laisser toutes les options ouvertes pour le futur et en particulier préserver les stocks nécessaires au lancement des réacteurs de génération IV vers le milieu du siècle ?
Les solutions les plus rapides à déployer sont celles qui s’adapteraient au parc existant de réacteurs REP
et dans un futur proche à l’EPR, et viseraient à améliorer les performances des combustibles au plutonium, son recyclage à partir du MOX permettant seulement de ralentir l’augmentation des stocks.
Une alternative (combustibles MOX UE) consisterait à remplacer l’uranium appauvri du MOX par de l’uranium sorti du retraitement plus riche en isotope-235, le plutonium apportant le complément de matière fissile. Il y aurait alors un type unique de crayons dans tout le cœur, cette homogénéité assurant un fonctionnement très voisin de celui des réacteurs tout uranium et une combustion optimale. La solution MOX UE autoriserait le multi-recyclage et serait efficace pour stabiliser l’inventaire en plutonium, moins pour les actinides mineurs.
Assemblage MOX UE
Dans le cadre des recherches sur les combustibles à base de plutonium, une proposition est celle des assemblages MOX UE. Elle consiste à mélanger au plutonium de l’uranium enrichi (UE) plutôt que de l’uranium appauvri comme dans le MOX. La section droite d’un assemblage montre des crayons tous identiques. Il y a moins de plutonium dans chaque crayon, mais celui ci est réparti dans tout le cœur du réacteur. La solution aboutit à un flux de neutrons plus homogène que dans les réacteurs chargés de MOX ordinaire, donc plus efficace pour brûler le plutonium.
© CEA
Ces combustibles qui font appel à des technologies de fabrication et de retraitement actuellement utilisées à l’usine de la Hague pourraient être mis en œuvre assez rapidement avec un réacteur de troisième génération comme l’EPR. Le cœur de ce réacteur de troisième génération peut être entièrement chargé en combustible MOX, car par conception, il bénéficie d’une meilleure économie de neutrons et de moyens de contrôle de la réactivité renforcés. Ces capacités permettent d’une part, de réguler voire de limiter l’inventaire en plutonium et, d’autre part, de diminuer le volume de déchets.
À plus long terme, l’arrivée de nouvelles filières permettrait d’aller plus loin dans la gestion des inventaires. Il existe de multiples scénarios. Le scénario de principe consiste à déployer des réacteurs de Génération IV fonctionnant aux neutrons rapides et qui permettront de gérer conjointement le plutonium et les déchets. La plupart envisagent à côté de réacteurs consacrés à produire de l’énergie, des « transmuteurs » tels les réacteurs hybrides spécialisés dans l’incinération du plutonium, des actinides et d’autres éléments radioactifs. Rappelons enfin que un des concepts de réateurs de génération IV, les réacteurs au thorium, ne produiraient ni plutonium, ni actinides.
Le choix entre toutes les alternatives offertes sera difficile, mais si des décisions sont prises le moment venu, il y a de grandes chances, étant donné le développement des technologies, d’aboutir à une maîtrise du plutonium.
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