Le risque de criticité

Le risque de criticité du plutonium est inhérent à l'utilisation de matières fissiles, comme pour l'uranium 235. En effet, ces matières présentent la propriété d'émettre spontanément des neutrons. Sous l'effet de neutrons, les noyaux de plutonium et d'uranium 235 peuvent se briser (fissionner) en dégageant de l'énergie et en libérant de nouveaux neutrons. Les neutrons ainsi libérés peuvent aller briser (fissionner) d'autres noyaux d'uranium et de plutonium, et ainsi de suite… Ces réactions de fission en chaîne maîtrisées constituent la base du fonctionnement des réacteurs nucléaires destinés à la production d'électricité.

Combustible Mox © CEA

Les accidents de criticité surviennent lorsqu'une réaction en chaîne se déclenche de manière incontrôlée au sein de matières fissiles. Celle-ci se traduit par une émission intense et quasi instantanée de rayonnements gamma et de neutrons, un échauffement important du milieu fissile et le relâchement de produits de fission radioactifs, notamment sous forme de gaz (iode, krypton, xénon). Dans ce type d'accident, les conséquences pour l'environnement sont faibles, les rejets gazeux étant peu importants. En revanche, les doses d'irradiation peuvent être très élevées pour les travailleurs se trouvant à proximité.
Les risques de tels accidents sont essentiellement liés à la manipulation de matières, soit dans les laboratoires et usines du cycle du combustible nucléaire civil ou de défense, soit dans les réacteurs de recherche.
Le maniement de matières fissiles, comme le plutonium, exige par conséquent le respect de certaines contraintes. Ainsi des dispositions particulières dans les installations lors de leurs conceptions et leurs agréments permettant d'écarter ou de rendre fortement improbable le déclenchement d'une réaction en chaîne incontrôlée ont été mises en place. Il s'agit par exemple :

• du respect, avec une marge de sécurité suffisante, d'une limite de masse de matière fissile, en deçà de laquelle la réaction en chaîne devient physiquement impossible.

• de l'utilisation d'un équipement de " géométrie sûre ", c'est-à-dire un équipement dont les dimensions sont telles que tout démarrage de réaction en chaîne est rendu physiquement impossible, en fonction de la masse de matière fissile présente.

Conscients que le risque de criticité existe dans toute installation nucléaire manipulant de la matière fissile, les exploitants nucléaires français le prennent systématiquement en compte dans les analyses de sûreté qu'ils mènent et soumettent pour contrôle et approbation à l'Autorité de sûreté nucléaire. Ces analyses permettent de justifier l'absence de risques de criticité lors de l'exploitation de l'installation et de définir les dispositions de conception et d'exploitation qui permettent de garantir la sûreté des installations, en prenant en compte les erreurs humaines possibles. Ces mesures s'accompagnent également d'une sensibilisation et d'une formation des opérateurs au risque de criticité.


Le risque de prolifération

Le plutonium extrait du combustible utilisé dans les réacteurs civils français, les REP (voir " Du plutonium pour produire de l'électricité "), et de la très grande majorité des installations électronucléaires existant dans le monde, se prête mal à la réalisation d'armes nucléaires ; cependant on ne saurait totalement exclure la possibilité d'un usage illicite.
Ainsi, une manière raisonnable de limiter le risque est d'avoir recours au recyclage du plutonium civil afin de pouvoir le réutiliser en réacteur. C'est ce qui est fait en France, au travers de la production et de l'utilisation du combustible Mox (voir " Du plutonium pour produire de l'électricité ").

Par ailleurs, une fois sous forme de combustible Mox, le plutonium devient très difficile à extraire. Une fois irradié, la teneur en isotope 239 diminue à nouveau ; ainsi la production de Mox constitue-t-elle donc une protection accrue contre la prolifération.