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Stocks de plutonium

Que devient le plutonium produit par les réacteurs français ?

Les réacteurs actuels, qui utilisent un combustible à l’uranium, génèrent du plutonium dont le devenir est l’objet de préoccupations légitimes. Ce matériau hautement stratégique peut- être détourné pour faire des armes atomiques et sa radiotoxicité élevée est à prendre en compte s’il doit être stocké comme déchet.

L’inventaire de ce plutonium- c’est-à-dire le stock – augmente au fil des ans. Le parc français constitué de 59 réacteurs REP à eau pressurisée produit environ 10 tonnes de plutonium par an qui se retrouvent finalement entreposés en piscine.

Flux annuels de plutonium en France
Chaque année environ 1200 tonnes de combustible sont introduits et déchargés dans les 59 réacteurs français de type REP , dont 1085 T de combustibles à l’uranium enrichi (UOX) et 115 T de combustibles mixtes contenant du plutonium (MOX). En sortie de réacteur, 850 T de combustibles à l’uranium sont retraités, la quantité nécessaire pour fournir le plutonium de 115 tonnes de MOX (ces 850 T devaient passer à 1050 T en 2010). Les 235 T d’assemblages UOX restants, usés mais non retraités, sont entreposées en piscine. Les 115 T de MOX non retraitées se retrouvent également en piscine
© IN2P3 ©

Les réacteurs actuels dits de seconde génération n’ont pas été conçus pour brûler le plutonium. Si rien ne devait changer, le tonnage de plutonium accumulé atteindrait 670 tonnes en 2070. Les solutions les plus rapides à déployer pour freiner cette augmentation sont celles qui s’adapteraient au parc existant de réacteurs REP.

Il avait été prévu de brûler le plutonium dans des réacteurs à neutrons rapides comme SUPERPHENIX. Cette option, actuellement abandonnée, pourrait revoir le jour. Pour l’instant, un recyclage partiel du plutonium a été mis en œuvre en France. Des réacteurs REP ont été adaptés pour brûler jusqu’à 30 % d’un combustible mixte (appelé MOX) comportant du plutonium.

Cette pratique industrielle a l’avantage d’exister, mais elle est relativement peu efficace. Recycler plusieurs fois le plutonium est techniquement possible mais n’est pas envisagé actuellement avec les réacteurs REP. Durant le passage en réacteur d’un combustible contenant du plutonium, il se forme du plutonium en même temps qu’il s’en détruit. En sortie de réacteur, la qualité de ce plutonium qui comporte moins d’isotopes fissiles s’est dégradée.

Un recyclage  supplémentaire n’est pas jugé économique. L’utilisation de plutonium multi recyclé, dont la qualité se dégrade, perturberait le fonctionnement des réacteurs REP actuels, posant des problèmes de sûreté à prendre en compte. La récupération de ce plutonium par un retraitement des assemblages de MOX irradiés n’est pas prévue dans un premier temps. Ces assemblages sont entreposés en piscine. L’entreposage du plutonium a été retardé d’un passage en réacteur.

Passage du MOX en réacteur
La quantité de plutonium dans les assemblages MOX diminue peu au cours de l’irradiation dans un réacteur REP. Une partie du plutonium brûlé est remplacé par celui généré à partir de l’uranium. Dans cet exemple, on a considéré l’irradiation d’un combustible composé de 6,3 % de plutonium et de 93,7 % d’uranium appauvri. La diminution est de 14,7 kg de Pu par tonne de combustible. Les proportions des isotopes fissiles (Pu-239 et Pu-241) durant le passage en réacteur diminuant, le plutonium du MOX n’est pas actuellement recyclé, sa qualité s’étant dégradée.
© IN2P3 ©

Au total, ce mono-recyclage réduit de 13 à 10 tonnes par an la quantité de plutonium produite en Franc, soit d’environ 25 %. La croissance de l’inventaire est ralentie mais le coup de frein est modeste.

Recyclé dans de combustible neuf ou entreposé au sein de combustibles usés, le plutonium des réacteurs français ne se retrouve pas « sur étagères ». Par ailleurs, sa composition en isotopes le rend impropre à un usage militaire.

Les réacteurs de troisième génération comme l’EPR se prêteraient plus facilement à ce recyclage, mais ce serait surtout les réacteurs surgénérateurs de quatrième génération (prévus vers 2040) qui seraient à même de réduire les stocks de plutonium. Certains de ces réacteurs auraient en effet besoin pour démarrer du plutonium généré pendant une quarantaine d’années par un réacteur en service aujourd’hui.

Il n’y a pas de fatalité à long terme pour que les inventaires augmentent toujours, mais il faudra le moment venu une volonté politique.

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