Le combustible nucléaire, après avoir été irradié en réacteur, doit être retraité pour en extraire les matières valorisables. L'opération permet d'extraire 95% d'uranium, 1% de plutonium et 4% de produits de fission. Ces derniers, considérés comme des déchets ultimes sont aujourd'hui vitrifiés. Mais comment en est-on arrivé à envisager le verre ?
Au début était le Mica
La question du stockage des produits de fission s'est posée dès les débuts de l'ère nucléaire industrielle. Dans les années 50/60, ils sont confinés sous forme liquide dans des cuves spéciales. Très vite, se pose la question de les bloquer dans des matrices beaucoup plus stables. Les premières études menées par le CEA portent sur des minéraux synthétiques de type mica artificiel. Cette première piste est rapidement abandonnée. Elle nécessitait de créer autant de minéraux que d'éléments à confiner et ces matériaux présentaient des surfaces d'échange avec l'extérieur trop importantes. En d'autres termes, elles ne permettaient pas d'empêcher la migration des atomes à l'extérieur de la matrice.
Au cours de ces premières expérimentations, ce sont les matériaux vitreux qui présentent les meilleures propriétés. Les chaines d'atomes désorganisées permettent d'intégrer de nouveaux éléments sans déstabiliser la matrice. Cerise sur le gâteau, le verre présente une grande stabilité dans le temps, il est très résistant et présente une faible surface d'échange avec l'extérieur. La voie était trouvée.
36 heures de maturation
Les premières expérimentations ont lieu à Saclay, puis à Fontenay aux Roses, sur l'installation « Vulcain II». Et transformer des produits de fission sous forme liquide en colis de verre n'est pas une mince affaire. Très vite, c'est à Marcoule, sur l'APM (Atelier Pilote de Marcoule) que l'on passe de l'échelle laboratoire, au stade pré-industriel. Mais à l'époque, le procédé est très différent.
Le procédé Gulliver permettait de mélanger de la fritte de verre avec de l'argile à la solution de produits de fission pour créer un gel homogène au sein d'un creuset en graphite. Le mélange passait ensuite 36 heures dans un four pour assécher la matrice, avant de la fondre à 1100 degrés.
Ce procédé générait des émanations de césium et de ruthénium piégées dans deux systèmes de filtration.
A l'issue du procédé, une galette de verre de 5cm d'épaisseur et 20 cm de circonférence se formait au fond du creuset. Trois galettes étaient ensuite empilées dans un conteneur avant transfert en cellule de stockage expérimental. Le procédé était long et au final peu efficace.
PIVER change la donne
C'est avec le procédé PIVER que tout change. Mis au point en 1968, il permet de rendre la vitrification plus efficace. Notamment, grâce à la mise en œuvre d'un calcinateur destiné à récupérer les produits de fission sous forme solide avant de les mélanger à la fritte de verre et de fondre l'ensemble. Ce procédé pilote deviendra, dans les années 80, la référence internationale.
Il passe à l'échelle industrielle dès 1978 dans l'Atelier de Vitrification de Marcoule qui permet de traiter l'ensemble des produits de fission générés par les combustibles retraités dans UP1. L'AVM dispose également de 220 puits de stockage contenant chacun 10 colis de verre, soit la capacité de stockage de 30 années d'activité sur le centre du CEA.
Aujourd'hui encore, les fondamentaux de la vitrification mis au point sur l'installation PIVER continuent à être exploités par Orano. Et les équipes du CEA Marcoule, spécialistes des matrices verres, continuent d'améliorer ce procédé.