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Dossier sur le cycle du combustible nucléaire

Et demain : multirecycler en générant toujours moins de déchets


​Multirecycler le plutonium, valoriser encore mieux la ressource en uranium et, sur le plus long terme, explorer la possibilité de transmuter les déchets les plus radioactifs, tels sont les principaux enjeux des systèmes nucléaires du futur.

Publié le 30 octobre 2015

Les enjeux des systèmes nucléaires du futur à neutrons rapides vis-à-vis
du cycle du combustible

« Le cycle du futur, c’est d’abord le multirecyclage du plutonium et de l'uranium dans un parc comportant des réacteurs à neutrons rapides (RNR) [1] . La transmutation des actinides mineurs viendra ensuite… », prévoit Bernard Boullis, directeur du programme « aval du cycle nucléaire » de la direction de l’énergie nucléaire du CEA. Si la France décide de lancer cette filière, il faudra adapter le retraitement des combustibles usés. Dans un premier temps, il s’agira d’extraire le plutonium du MOX usé, actuellement entreposé, et de le mélanger (à hauteur d’environ 25 %) à de l’238U appauvri pour alimenter un « premier » tour dans les RNR. « Le traitement de combustibles MOX ne pose pas de réelles difficultés : Areva a déjà traité plus de 70 tonnes de MOX usé dans ses usines de La Hague. Le principal enjeu provient de la proportion plus importante de plutonium », souligne Christophe Poinssot, chef du Département Radiochimie & Procédés de la Direction de l'énergie nucléaire du CEA à Marcoule. Cela requiert d’adapter l’usine à ce flux de plutonium, mais les bases du procédé restent essentiellement les mêmes.


Un recyclage récurrent du plutonium

Lorsque tout le plutonium du MOX usé sera épuisé, les RNR commenceront à « brûler » le plutonium qu’ils auront eux-mêmes créé par irradiation de l’238U. Il faudra donc retraiter leur combustible usé.

installation Atalante
Les essais de séparation poussée sont menés dans l’installation Atalante à Marcoule. © P. Dumas/CEA

« Le principe de base est identique : on dissout le combustible dans de l’acide et on extrait le plutonium avec des molécules très spécifiques », souligne Bernard Boullis. Il n’empêche. Les assemblages de combustible des RNR n’ont ni la même géométrie, ni les mêmes gaines (elles seront en acier et non en zirconium) que les assemblages actuels. Cela implique de revoir la « tête » de l’usine, cette partie dédiée au cisaillage des assemblages. Christophe Poinssot reste cependant optimiste : « Nous avons démontré que nous savons techniquement le faire puisque nous avons déjà retraité 25 tonnes de combustible usé de Phenix et Rapsodie, que ce soit au CEA à Marcoule ou à La Hague. Il s’agit essentiellement d’adapter ces procédés à l’échelle industrielle. » À ce stade, un parc de RNR de puissance équivalente à celle du parc de réacteurs à eau sous pression actuel, fonctionnant en cycle fermé, consommerait chaque année 50 tonnes d’238U appauvri issu du stock déjà entreposé – en se passant ainsi d’uranium naturel – et produirait 50 tonnes de déchets ultimes [2].

 [1] La Direction de l'énergie nucléaire du CEA étudie notamment une filière au
sodium pour les réacteurs rapides de 4e génération.
Un projet de démonstrateur, Astrid, est aujourd’hui en phase de conception.
Le CEA en est le maître d’ouvrage.

[2] En réalité, les deux types de réacteurs pourront coexister longtemps dans le parc.


Séparation et transmutation :
réduire l’activité des futurs déchets

Restera à résoudre la question des actinides mineurs, éléments radiotoxiques aujourd’hui confinés dans le verre avec les produits de fission et principaux responsables de la très longue durée d’activité des déchets ultimes. La loi 2006-739 du 28 juin 2006 a chargé le CEA de « coordonner les recherches sur la séparation et la transmutation des éléments radioactifs à vie longue ». Or les RNR, précisément, peuvent consommer ces éléments. À condition toutefois de maîtriser, d’une part, leur extraction des combustibles usés pour les réinjecter dans le cycle, et, d’autre part, leur transmutation dans le cœur des RNR. Les équipes de Marcoule y travaillent depuis une vingtaine d’années. Il a d’abord fallu trouver une molécule résistante aux radiations, capable d’extraire spécifiquement ces éléments de la solution acide dans laquelle a été dissous le combustible usé. « Nous avons défini des molécules et les avons testées au laboratoire sur 15 kg de combustible réel. On a pu ainsi démontrer qu’on savait récupérer plus de 99 % des actinides mineurs », affirme Christophe Poinssot.

VidéoLe traitement et le recyclage des combustibles usés

La transmutation, elle, ne peut se tester que dans le cœur d’un RNR en fonctionnement. Depuis l’arrêt de Phénix en 2009, les chercheurs ne disposent plus de moyens expérimentaux en France. « Pour avancer sur ce point, il faut s’appuyer sur la coopération internationale jusqu’aux nouvelles possibilités de démonstration prévues dans la conception du projet Astrid », indique Bernard Boullis.

VidéoLe recyclage des combustibles usés pour les futurs réacteurs à neutrons rapides de 4e génération