Pourquoi traiter le combustible usé ?

Aujourd'hui, le combustible nucléaire neuf est composé d'uranium enrichi en uranium 235, (il contient environ 4 % d'uranium 235 contre 0.7% pour l'uranium naturel). Après son utilisation en réacteur, le combustible usé contient 95 % d’uranium, 1 % de plutonium et 4 % de produits de fission et actinides mineurs.
L'uranium et le plutonium sont des matières valorisables, car dotées d'un fort potentiel énergétique. D'où l'idée de les séparer et de les réutiliser. Le reste (produits de fission et actinides mineurs) constituent les déchets ultimes du procédé actuel.

Comment est traité le combustible usé aujourd'hui ?

A sa sortie de réacteur, le combustible est refroidi en piscine, d'abord à proximité du réacteur, puis à l'usine Areva de La Hague. C'est là que l'uranium et le plutonium sont extraits du combustible par un procédé industriel appelé Purex.

En quelques chiffres, chaque année :
- 1150 tonnes de combustibles déchargés des réacteurs, dont 850 tonnes sont traités à la Hague* ;
- 810 tonnes d'uranium et 8.5 tonnes de plutonium récupérées* ;
- 34 tonnes de déchets ultimes*.

Pourquoi l'uranium et le plutonium contenus dans les combustibles usés ne sont pas considérés comme des déchets ?

La stratégie mise en œuvre en France consiste à traiter les combustibles usés pour en séparer les éléments valorisables, c’est-à-dire l’uranium (95% du combustible usé) et le plutonium. Le plutonium peut ainsi être réutilisé comme combustible. Mis en œuvre en France dès 1987, ce recyclage permet une économie des ressources naturelles et une diminution de l’inventaire radiotoxique des déchets (le plutonium correspondrait à 90% de la radiotoxicité des déchets sans politique de recyclage des combustibles usés). Quant à l'uranium extrait grâce au retraitement, aujourd'hui un tiers est enrichi pour être utilisé comme combustible dans deux des quatre réacteurs de la centrale de Cruas. Les deux tiers restant sont stockés et constitue une réserve stratégique, disponible en cas de pénurie.

Comment est utilisé l'uranium ?

Pour recycler l'uranium en réacteur, il est nécessaire de le ré-enrichir en uranium 235, car c'est le seul isotope de l'uranium à posséder un pouvoir fissile.

- Aujourd'hui, un tiers de l'uranium récupéré du procédé Purex (soit 280 tonnes par an) est réenrichi en uranium 235 permettant la production de 35 tonnes d'uranium de retraitement enrichi (URE). Cet uranium est utilisé comme combustible dans deux des quatre réacteurs de la centrale de Cruas. Le reste, de l’uranium très appauvri, revient à l’opérateur de l’enrichissement.

- Deux tiers de l'uranium récupéré du procédé Purex (soit 538 tonnes par an) est entreposé sur le site de Pierrelatte. Il constitue une réserve stratégique.

Comment est utilisé le plutonium ?

L'intégralité du plutonium extrait des combustibles usés est recyclée sous forme de combustible Mox (pour oxyde mixte d'uranium et de plutonium). Sur le parc de 58 centrales existant, 22 réacteurs peuvent utiliser du combustible Mox à hauteur de 30%. Dans un EPR, cette proportion pourrait monter à 100 %. Aujourd'hui, le Mox usé n'est pas retraité et est entreposé dans l’optique d’un traitement différé pour récupérer les matières valorisables comme le plutonium pour alimenter un parc de réacteurs de quatrième génération.

Que fait-on des déchets radioactifs ?

Les produits de fission et actinides mineurs sont vitrifiés et entreposés sur le site de La Hague en attendant d'être stockés en formation géologique profonde, selon la loi de 2006. Les gaines métalliques de structure des combustibles qui constituent aussi des déchets, sont compactées et entreposés à la Hague en attendant eux aussi d'être stockés en formation géologique profonde.

Que dit la loi de programme relative à « la gestion durable des matières et des déchets radioactifs » ?

En juin 2006, le gouvernement français a adopté une loi de programme relative à « la gestion durable des matières et des déchets radioactifs », qui institue un plan national de gestion et fixe un programme de recherches et de travaux assorti d’un calendrier pour le mettre en œuvre.

Dans ce cadre, le CEA pilote les recherches relatives à la séparation et la transmutation des éléments radioactifs à vie longue. L’objectif ? Optimiser le traitement des éléments à vie longue issus du retraitement des combustibles usés, c'est à dire les séparer pour à terme les brûler dans les réacteurs électrogène de génération IV (la transmutation) ou des réacteurs dédiés, de type ADS "Accelerator Driven System »", réacteur critique ou sous-critique piloté par un accélérateur. Il s’agit pour les chercheurs du CEA de faire la démonstration technologique d’un procédé de séparation poussée, ou tri sélectif, développé entre 1991 et 2005 au CEA dans le laboratoire Atalante.

Côté transmutation, les recherches portent sur la conception de combustibles intégrant les actinides mineurs. Et sur les divers concepts de réacteurs à neutrons rapides dans lesquels ils pourraient alors être transmutés. Ces recherches sont étroitement liées à celle portant sur les réacteurs de génération IV et sur les combustibles associés.

La loi de 2006 a donné au CEA jusqu’en 2012 pour évaluer les perspectives industrielles. A cette date, le gouvernement décidera de l’option à retenir pour la suite du programme.

Quel rôle joueront les réacteurs de 4ème génération dans la gestion des déchets radioactifs ?

Les réacteurs de quatrième génération à neutrons rapides, qui devraient être opérationnels vers 2040, sont pensés pour permettre de mieux utiliser les matières valorisables du combustible usé et de réduire éventuellement la quantité et la nocivité des déchets ultimes :
- Notamment, uranium appauvri, uranium de retraitement et plutonium pourront être utilisés comme combustible :
- D'autre part, après avoir été séparés du combustible usé, les actinides mineurs (faisant aujourd'hui partie des déchets) pourront y être transformés en éléments à durée de vie plus courte, tout en contribuant à la production d'électricité. C'est la séparation-transmutation, sur laquelle le CEA mène des recherches dans le cadre de la loi de 2006.

C’est dans cette perspective que ces matières, aujourd'hui pas encore toutes réutilisées, constituent un stock stratégique et ne peuvent être considérés comme des déchets : avec les systèmes de quatrième génération, ne resteront comme déchets ultimes que les produits de fission, soit 4% du combustible usé actuel.

Pour aller plus loin

• Présentation de la loi de programme relative à la gestion durable des matières et des déchets radioactifs sur le site internet du Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement durable et de la Mer
• Le dossier de presse du CEA " Cycle du combustible nucléaire : faire la transition vers les 3ème et 4ème générations de réacteurs" (fichier pdf - juillet 2008)

*ces données sont extraites de l'inventaire de l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra)