Les recherches sur les déchets nucléaires
Le CEA, associé en France au CNRSCentre national de la recherche scientifique. Organisme public de recherche. et à de nombreux laboratoires universitaires, travaille depuis déjà de nombreuses années sur les déchets radioactifsOn appelle déchet radioactif toute matière radioactive qui ne peut plus être ni recyclé ni réutilisée. Les déchets nucléaires n'ont pas tous la même origine, ni la même nature. Il peut s'agir d'éléments radioactifs provenant du milieu médical ou de matériaux mis au contact d\'éléments radioactifs. . Les recherches portent principalement sur les déchets moyennement et hautement radioactifs à vie longue (10% des déchets), pour lesquels le choix d'un mode de gestion industriel n'a pas encore été arrêté à ce jour. En 1991, les pouvoirs publics français ont demandé aux chercheurs, au travers d'une loi, d'étudier trois voies de recherches pour la gestion de ces déchets. Ces voies prennent en compte toute la chaîne de gestion des déchets, du tri jusqu'au stockage. L'objectif étant de proposer en 2006 des solutions viables à la fois sur le plan technique, économique et de l'environnement. Les recherches sont principalement assurées par le CEA et l'AndraAgence nationale pour la gestion des déchets radioactifs.
Organisme public de recherche., qui ont été désignés "pilotes" par les pouvoirs publics sur ces programmes.

Le CEA s'est ainsi vu confier deux axes de travail. Le premier, "Séparation poussée et transmutation", en droite ligne de l'actuel traitement du combustible usé, consiste à isoler des déchets les quelques éléments responsables de l'essentiel de leur radiotoxicitéToxicité due aux rayonnements ionisants émis par un radioélément., en particulier, les actinides mineursNoyaux lourds formés dans un réacteur par capture successive de neutrons à partir des noyaux du combustible. Ces isotopes à vie longue sont principalement le neptunium (237), l'américium (241, 243) et le curium (243, 244, 245). et les produits de fissionsProduits issus de la fission des atomes d'uranium et de plutonium (ex. césium, strontium, iode, xénon...). Radioactifs pour la plupart, ils se transforment eux-mêmes en d'autres éléments. Ceux qui ne se désintègrent pas rapidement constituent une part des déchets radioactifs.. La transmutation pourrait alors permettre de transformer certains de ces actinides en éléments moins radioactifs ou en éléments à durée de vie courte. Quant au second axe, "Conditionnement et entreposage de longue durée", il consiste notamment à trouver quel sera le meilleur matériau (verre, céramique.) capable de confiner les déchets durant des milliers d'années.

En 2001, le CEA a prouvé la faisabilité scientifique de la séparation poussée et travaille actuellement à la démonstration de sa faisabilité technique. Pour le conditionnement et l'entreposage, les chercheurs ont pu établir que les verres de confinementDispositif de protection qui consiste à contenir les produits radioactifs à l'intérieur d'un périmètre déterminé fermé. restaient intacts à 99,9% même après dix mille ans de contacts avec l'eau. Toujours dans ce cadre, de nouvelles matricesMatériau utilisé dans le conditionnement des déchets nucléaires pour confier les substances radioactives. Les matrices limitent le phénomène d'altération de l'eau. céramiques ont par ailleurs été définies, elles permettraient de conditionner sélectivement certains radionucléidesToute substance radioactive (synonyme : radioélément). à vie très longue et de les confiner durablement dans le temps nécessaire à l'extinction de leur radioactivité. Toujours dans le cadre "conditionnement et entreposage", le CEA étudie les solutions possibles d'un entreposage de longue durée, assurant la protection des colis pendant la période d'entreposage et leur reprise ultérieure en conditions sûres. Enfin, le CEA apporte son soutien à l'Andra, pour les études sur le stockage en couche géologique profondeOpération qui permet de placer définitivement les déchets radioactifs à vie longue dans un site, situé à 400 ou 500m de profondeur, garantissant leur confinement, tout en réservant une possibilité de les reprendre si cela s'avérait nécessaire ou opportun. des déchets à vie longue.



Les recherches en radiobiologie et en toxicologie nucléaire
Dans le cadre de ses recherches sur l'énergie nucléaire, le CEA conduit des programmes concernant l'impact sanitaire et environnemental de l'énergie nucléaire. Il s'agit de comprendre et d'évaluer l'effet sur la santé et sur l'environnement des activités nucléaires, en particulier aux faibles doses d'exposition. Les recherches du CEA visent à analyser globalement les effets précoces des faibles doses, à identifier des marqueurs de sensibilité et à progresser dans la compréhension des mécanismes de la réponse cellulaire.

Les recherches en radiobiologie et en radiotoxicologie constituent le fondement d'une évaluation scientifique et rationnelle des risques associés aux activités nucléaires. Ces études s'organisent en deux disciplines : la radiobiologie et la toxicologie nucléaire.

La radiobiologie recouvre l'analyse des réponses des cellules, des tissus et des organismes aux rayonnements ainsi que l'étude de maladies spécifiques (radiopathologie). Depuis 1994, le CEA, avec le soutien du ministère de la Recherche, a initié une relance concertée de la radiobiologie qui s'est traduit par la constitution d'un réseau de recherche national associant les compétences des autres organismes (CNRS, Inserm, Inra, Institut Curie, Institut Gustave Roussy,...).

La toxicologie nucléaire s'applique à la compréhension des mécanismes de transfert et d'accumulation des toxiques dans la biosphèreEnsemble des êtres vivants qui se développent sur la Terre. ainsi qu'à la caractérisation des entités et des processus cellulaires perturbés par ces éléments et pouvant expliquer leur toxicité. A terme, ces recherches permettront de proposer des solutions techniques préventives, des dispositions de surveillance efficaces, l'amélioration et la mise en ouvre de procédés de détoxication et de décontamination et, quand nécessaire, des solutions pour la bioremédiation. Depuis 2001, le CEA a d'ailleurs donné une nouvelle impulsion à ces recherches par la mise en place du programme "Toxicologie nucléaire" destiné à élargir la communauté scientifique et à amplifier les efforts de recherche dans ce domaine.

La consommation énergétique mondiale a été multipliée par treize en un siècle et devrait vraisemblablement doubler d'ici 2050. En l'absence d'inflexions majeures, la poursuite de la production énergétique dans les conditions actuelles, essentiellement fondée sur les énergies fossiles, conduirait à épuiser les ressources actuellement connues de pétrole et de gaz en quelques générations, doubler les émissions annuelles de gaz à effet de serre et faire peser sur les économies de nombreux pays des pénalités et des incertitudes liées aux cours du pétrole et du gaz. Par ailleurs, même si les économies d'énergie et les énergies renouvelables apporteront une contribution importante, cela ne sera pas suffisant, notamment au regard des besoins des pays en développement. Les choix énergétiques futurs dépendront, en partie, de la capacité de chaque filière énergétiqueDésigne l'ensemble des techniques capables de produire de l'énergie (ex. réacteur nucléaire, centrale thermique). à répondre à cette situation.

Dans ce contexte, le CEA poursuit des recherches sur les "systèmes énergétiques du futur", c'est à dire sur de nouveaux réacteurs et de nouveaux combustibles. Il s'agit de proposer une énergie nucléaire encore plus compétitive économiquement, plus sûre, produisant moins de déchets radioactifs et répondant à d'autres besoins que la fourniture d'électricité (ex. production d'hydrogène, dessalement d'eau de mer,...).

Les recherches actuellement conduites au CEA sont consacrées principalement à :

- des innovations sur la technologie existante des réacteurs à eau pressurisée (les réacteurs les plus répandus en France et dans le monde), innovations qui concernent le parc actuel mais aussi les systèmes dits "de 3ème génération" tels que l'EPR (European Pressurised Reactor), permettant des gains sensibles en matière de sûreté, de compétitivité économique et de minimisation de la quantité de déchets.

- une nouvelle gamme technologique de systèmes de réacteurs, principalement les réacteurs à caloporteurFluide transporteur de chaleur. Dans un réacteur nucléaire, le caloporteur sert à récupérer la chaleur du combustible. gaz qui permettraient un rendement accru, une meilleure utilisation des ressources et d'autres champs d'application que la production d'électricité.

- le maintien de l'expertise sur d'autres technologies de réacteurs, notamment les réacteurs dits à caloporteur sodium.

Les recherches sur les systèmes nucléaires du futur bénéficient d'une importante dynamique de coopération internationale. Le CEA participe notamment au Forum international "Generation IV", initié par le département américain de l'Energie (DOE) en janvier 2000. Réunissant une dizaine de pays (USA, Japon, Royaume-Uni, France, Canada, Corée du Sud.), cette initiative a abouti en 2002 à une sélection de 6 grandes technologies qui feront l'objet d'un développement des recherches dans un cadre international.

Depuis plusieurs années, une des missions du CEA est de contribuer à l'effort français de diversification énergétique. Cet objectif passe par une meilleure intégration des énergies renouvelables dans le dispositif de production, par le développement de nouveaux vecteurs d'énergie neutres vis-à-vis des gaz à effet de serre, et de procédés de production plus efficaces, plus économes et plus propres. Dans son contrat pluriannuel avec l'État 2001-2004, le CEA s'est engagé à soutenir l'essor des nouvelles technologies pour l'énergie et s'est investi autour de trois axes prioritaires : l'hydrogène et les piles à combustible, le photovoltaïque et le stockage de l'énergie et, enfin, l'efficacité énergétique.



•  L'hydrogène et les piles à combustible
Face au problème du réchauffement climatique, à la croissance de la consommation énergétique et aux questions de sécurité d'approvisionnement énergétique, l'hydrogène apparaît comme un vecteur énergétique prometteur, à condition toutefois qu'il soit produit par des moyens non émetteurs de gaz à effet de serre. Elément le plus abondant de notre planète, essentiellement présent sous forme d'eau, l'hydrogène permet de stocker et de distribuer de façon souple l'énergie, tout en étant peu polluant et à forte capacité énergétique (triple de celle des carburants classiques). L'hydrogène pourrait ainsi être utilisé directement (combustion classique) ou en utilisant des "piles à combustibles" qui convertiraient l'hydrogène en électricité et en chaleur. Cependant, de nombreux développements technologiques restent à faire pour amener cette nouvelle filière énergétique à des niveaux de coût et de performances acceptables.

En partenariat étroit avec d'autres laboratoires de recherche et les industriels du secteur, le CEA travaille à un programme consacré à l'hydrogène et aux piles à combustibles. Ce programme couvre toutes les étapes de la "filière hydrogène" : production, stockage, transport et distribution jusqu'à son utilisation finale dans la pile à combustible. Les recherches ont pour objectif d'amener les performances et les coûts des piles à combustibles à un niveau acceptable en fonction de l'application visée (transports en commun, voitures particulières,...), de miniaturiser les piles à combustibles pour les téléphones ou les ordinateurs portables, de développer des procédés de production de l'hydrogène compétitifs et émettant peu de gaz à effet de serre ainsi que des modes de stockage de l'hydrogène innovants et sûrs. Le CEA joue également un rôle actif dans la préparation des futures normes internationales sur l'utilisation et le stockage de l'hydrogène qui représentent pour l'utilisateur une garantie en terme de qualité et de sûreté.



•  Le photovoltaïque et le stockage
L'énergie solaire peut être utilisée directement de différentes manières. Parmi ces options, le photovoltaïque, transformation direct du rayonnement solaire en électricité, constitue potentiellement la plus riche de progrès. Au CEA, les systèmes photovoltaïques font l'objet de recherches depuis plus d'une dizaine d'années. Ces recherches visent prioritairement à mettre au point des technologies permettant d'améliorer la compétitivité économique de ces systèmes. Pour cela, le CEA travaille autour de trois axes. Le premier est consacré à l'amélioration du rendement de conversionPour une cellule photovoltaïque, rapport de la puissance électrique maximale de sortie sur le produit de la surface du générateur et de l'éclairement incident mesuré. de l'énergie lumineuse et à l'abaissement du coût de fabrication des photopilesAppareils transformant la lumière en courant électrique.. Il s'agit notamment de développer des nouveaux concepts de technologies photovoltaïques (ex. cellules plastiques). Le second axe vise à réduire le coût du stockage de l'énergie et à miniaturiser les batteries (par exemple pour les applications portables). Enfin le troisième et dernier axe a pour objectif d'optimiser la gestion d'un système complet et d'intégrer le photovoltaïque dans les systèmes énergétiques. L'ensemble de ces recherches sont conduites en partenariat avec d'autres organismes de recherche, ainsi que de nombreux industriels.



•  L'efficacité énergétique
La maîtrise de l'énergie et la lutte contre le changement climatique impliquent l'amélioration de l'efficacité énergétique dans les différents secteurs d'activités (industrie, bâtiment, transport,..) et la réduction des différents rejets polluants (fluides frigorigènes,.). Par efficacité énergétique on entend une utilisation la plus rationnelle possible de l'énergie dont nous disposons. Dans cet objectif, le CEA met à contribution ses compétences dans les systèmes électroniques, les systèmes thermiques et les échanges thermohydrauliquesTransfert, circulation, comportement des fluides en fonction de la température. pour permettre une réduction de la consommation énergétique de ces systèmes. Les études du CEA dans ce cadre s'articulent autour de trois thématiques :
- la maîtrise de l'énergie dans les procédés industriels, par la conception d'échangeurs plus compacts et l'amélioration de leur efficacité ;
- la diminution de la pollution atmosphérique grâce en particulier au traitement des fumées et à l'élimination de gaz nocifs. Les vapeurs polluantes dans l'air des ateliers d'imprimerie ou des usines de peinture peuvent par exemple être condensées dans un échangeur de chaleurAppareil destiné à réchauffer ou refroidir un fluide au moyen d'un autre fluide qui circule à une température différente. et le liquide obtenu récupéré ;
- le confort avec des travaux portant sur la réfrigération, la climatisation et le chauffage tant domestiques qu'industriels.

L'ensemble de ces recherches sont fortement soutenues par les industriels, l'AdemeAgence nationale pour l'environnement et la maîtrise de l'énergie. et par l'Union européenne.

 

L'énergie de fusion est l'énergie libérée par la fusion de deux atomes légers (deutérium et tritium par exemple). C'est le type de réaction qui se produit au cour du soleil. Pour créer sur terre les conditions nécessaires à ces réactions de fusion, il faut créer un plasma, gaz ionisé très chaud. La voie de recherche de la fusion par confinement magnétique, à laquelle participe le CEA, consiste à confiner ce plasma dans une boîte immatérielle en anneau creux (Tore), créée par des champs magnétiques intenses. (consulter le livret pédagogique "l'énergie nucléaire")

L'ensemble des activités de recherche sur la fusion est coordonné en Europe par le biais de contrats d'association entre la Commission Européenne et les différents organismes nationaux. Le premier de ces contrats a été signé par la France en 1959 et a donné naissance à l'association Euratom-CEA. Cette association a été la première d'Europe occidentale à concentrer ses efforts de recherche sur la configuration tokamak (association de trois mots russes : tok, courant ; kamera, chambre ; mak, magnétique), notamment avec la machine Tore Supra de Cadarache.

Aujourd'hui, quelque 300 chercheurs et techniciens étudient et développent sur cette machine des technologies capables de résister aux longues durées de décharge (ex. aimants supraconducteurs pour la production du champ magnétique). Le CEA participe également aux expériences qui ont lieu sur la machine européenne, JET, en Grande-Bretagne, qui est le plus grand tokamak en exploitation dans le monde (apport scientifique et présence de chercheurs CEA au Jet lors des campagnes expérimentales). Toujours dans le cadre de l'association Euratom-CEA, le CEA mène un programme portant sur les technologies nécessaires à la fusion, en s'appuyant sur l'ensemble de ses compétences, y compris celles issues de domaines hors fusion (nucléaire de fission, nouvelles technologies.). Enfin, le CEA mène des travaux de recherches sur la théorie des plasmas, en collaboration avec d'autres organismes de recherche et des universités.