"La gestion des déchets nucléaires"

La gestion des déchets nucléaires

par Hervé Nifenecker* - SPS n° 280, janvier 2008

"Le nucléaire peut faire partie de la réponse énergétique au réchauffement climatique. Toutefois, la principale interrogation à propos de l’utilisation de cette énergie concerne la gestion des déchets et leur impact environnemental. Hervé Nifenecker expose ici, pour les lecteurs de Science et pseudo-sciences, quelques éléments utiles pour que chacun puisse se faire sa propre opinion à ce sujet.

Contrairement aux déchets chimiques industriels renfermant des éléments toxiques comme l’arsenic, le plomb, le cadmium dont la durée de vie est infinie, les déchets nucléaires renferment des radionucléides qui disparaissent avec le temps, même si, pour certains d’entre eux, il faut très longtemps. Par ailleurs plus les radionucléides vivent longtemps et moins ils sont dangereux ! En effet, qui dit grande durée de vie dit faible taux de désintégration. Par exemple l’iode 129, qui a une période de 15 millions d’années, est 700 millions de fois moins radioactif que l’Iode 131, dont la période n’est que de 8 jours et qui a été responsable des cancers de la thyroïde de Tchernobyl. Or le public imagine souvent que les deux iodes sont les mêmes et ont les mêmes conséquences radiologiques !

Les déchets actuels, composés de produits de fission et d’actinides mineurs enrobés dans du verre, doivent être refroidis pendant quelques dizaines à une centaine d’années. Ils sont entreposés en surface ou en sub-surface, sous surveillance, sans qu’aucune conséquence sur la santé publique n’ait jamais pu être observée.

La pratique actuelle d’entreposage en surface est globalement satisfaisante, même si elle peut être encore améliorée, et ce, aussi longtemps que la production d’électricité nucléaire continuera.
Dès que la puissance dégagée devient suffisamment faible pour ne plus nécessiter de refroidissement, il devient possible de stocker les déchets à quelques centaines de mètres de profondeur, à l’abri d’éventuelles agressions criminelles et des conséquences possibles de changements climatiques à long terme.

Le bon sens dit qu’un stockage à quelques centaines de mètres de profondeur serait encore plus sûr qu’un stockage en sub-surface. Or tout se passe comme si l’on craignait davantage un stockage en profondeur qu’un stockage en surface !

Production de déchets

Ordres de grandeur

Un réacteur d’une puissance de 1000 MWe [1] produit environ 30 tonnes de combustibles usés par an (environ 3 m³). La principale partie de ces combustibles est composée d’uranium (environ 28,7 tonnes). Ils contiennent aussi environ 1 tonne de produits de fission dont 45 kg de produits de fission de durée de vie moyenne (césium137 et strontium 90) et 65 kg de produits de fission à vie longue. Enfin ils contiennent environ 300 kg de plutonium et 20 kg d’actinides mineurs (américium, curium et neptunium).

La quantité de déchets finaux à stocker dépend de la conception que l’on a de l’avenir de la filière nucléaire.

Un scénario de sortie du nucléaire conduit à envisager que la totalité des combustibles usés doit être considérée comme devant être stockée en couche géologique profonde. La pratique du retraitement et du MOx [2] ne change pas grand chose à la validité de cette affirmation, car, au bout du compte, il faudra stocker l’uranium de retraitement, les combustibles MOx usés et les déchets du retraitement. On voit donc qu’environ 30 tonnes de déchets de haute activité et à vie longue (HAVL) destinés à un stockage géologique seront produits chaque année par réacteur de 1000 MWe.

Dans le cas contraire, celui d’un nucléaire durable reposant sur l’utilisation future de réacteurs surgénérateurs, aussi bien l’uranium de retraitement que le plutonium doivent être considérés comme des ressources et la quantité de déchets HAVL destinée au stockage géologique est réduite à environ une tonne par an. Il faut y ajouter la production d’une vingtaine de tonnes de déchets de moyenne activité et longue durée de vie (MAVL) ayant une radioactivité totale de quelques pour cent de celle des déchets HAVL, ne dégageant pratiquement pas de chaleur, et qui sont donc beaucoup plus faciles à gérer.

On voit qu’un scénario de sortie du nucléaire conduit à devoir gérer une quantité de déchets HAVL près de 30 fois plus important qu’un scénario de nucléaire durable. Un tel scénario exigerait aussi de prendre rapidement la décision du stockage géologique puisqu’il supposerait la disparition assez rapide des compétences nucléaires qui assurent, actuellement, la sûreté des entreposages. Une telle disparition est déjà observable dans un pays comme l’Italie. Contrairement à ce qui s’est passé en Allemagne et en Belgique, une décision de sortie du nucléaire ne saurait donc être prise avant que le stockage géologique soit assuré. Réclamer la sortie du nucléaire et s’opposer à la réalisation d’un site de stockage géologique est incohérent, irresponsable et démagogique.

Énergies primaires, énergies finales et déchets nucléaires

Quel sera l’impact des mesures d’économies d’énergie sur les émissions de CO2 ? À ce sujet, beaucoup de confusions sont faites. La première serait de croire que toute baisse de la consommation finale entraîne mécaniquement une réduction des émissions de CO2 à même hauteur. En réalité, l’impact en termes de rejets de gaz carbonique dans l’atmosphère dépend principalement de la source d’énergie économisée et de son mode de transformation en énergie finale. Ce qu’on appelle source d’énergie primaire est donc l’ensemble des produits énergétiques non transformés : le pétrole brut, le gaz naturel, les combustibles minéraux solides, la biomasse, le bois, le rayonnement solaire, l’énergie hydraulique, l’énergie du vent, la géothermie, l’énergie tirée de la fission de l’uranium par exemple. Cette énergie n’est pas toujours directement utilisable et doit donc être transformée en énergie finale (raffinage du pétrole, usines nucléaires ou hydroélectriques, fermes éoliennes ou panneaux solaires, pour produire de l’électricité, etc.).
Passer d’une énergie primaire à l’énergie finale va nécessiter un processus de transformation plus ou moins important et complexe selon les cas, avec des rendements énergétiques variables. C’est l’ensemble de cette chaîne, et son impact en émissions de gaz carbonique, qu’il faut considérer pour établir des comparaisons pertinentes et fonder une politique de réduction de CO2.

Un exemple de cette confusion est donné par Hervé Nifenecker, reprenant le rapport du Groupe de travail « Division par quatre des émissions de gaz à effet de serre de la France à l’horizon 2050 » [3] présidé par Christian de Boissieu. Ce dernier déclare que « l’énergie nucléaire en Europe représente 6 % de l’énergie finale, 2 % dans le monde, 17 % de l’énergie finale en France. Au vu de ces pourcentages, il n’apparaît pas justifié, pour bâtir une stratégie climat, de centrer le débat sur l’énergie nucléaire. »

L’énergie nucléaire n’est bien entendu pas une énergie finale. Hervé Nifenecker s’est alors livré au calcul de l’impact qu’aurait eu un choix par tous les pays de l’OCDE similaire à celui effectué en France pour le nucléaire, en lieu et place des centrales à fiouls, gaz et charbon [4]. Sa conclusion est qu’une telle politique aurait mené à « augmenter la production nucléaire des pays de l’OCDE de près d’un facteur 3 tout en réduisant celle des centrales à charbon de près d’un facteur 8 (un facteur supérieur à 5 pour les centrales brûlant du fioul et de presque 6 pour les centrales à gaz), tout en maintenant constante la production d’électricité. La réduction des émissions de CO2 aurait été de 4,6 Milliards de tonnes de CO2, soit plus du tiers des émissions totales (qui incluent celles dues au transport et au chauffage) ».

Toutefois, la principale interrogation à propos du nucléaire concerne la gestion des déchets et leur impact environnemental, objet de l’article d’Hervé Nifenecker dans ce numéro de Science et pseudo-sciences.

J.-P. K.

Comparaisons

Au niveau mondial l’électricité est produite à plus de 50 % par des centrales au charbon. Une centrale produisant 1 000 MWe consomme environ 4 millions de tonnes de charbon par an. Elle produit près de 300 000 tonnes de cendres renfermant 400 tonnes de métaux lourds toxiques dont 5 tonnes d’uranium et 13 tonnes de thorium. Notons que ces radioéléments ne sont pas gérés, contrairement, bien sûr, à ceux produits dans le cycle nucléaire. De plus, la centrale à charbon rejette chaque année 10 millions de tonnes de gaz carbonique dans l’atmosphère.

Il est intéressant de comparer le volume des déchets nucléaires à celui des autres déchets industriels toxiques. En 1998, dans l’Union Européenne, le volume de déchets nucléaires de haute activité (HAVL) était de 150 m³ (un cube de 5,5 mètres de côté), le volume total des déchets nucléaires, y compris ceux de faible activité était de 80 000 m³ (un cube de moins de 45 mètres de côté), celui des déchets industriels toxiques de 10 millions de m³ (un cube de 215 mètres de côté) et celui de tous les déchets industriels de 1 milliard de m³ (un cube de 1 kilomètre de côté).

Les gestions des déchets industriels toxiques et des déchets nucléaires à court ou long terme sont difficilement comparables mais on peut noter des cas d’intoxication graves au plomb ou au mercure, même dans les pays développés, alors que dans ces mêmes pays on n’a jamais rapporté de cas d’exposition aux rayonnements ayant entraîné des conséquences significatives pour le public du fait de la gestion des combustibles usés ou des déchets de retraitement.

Le stockage en site géologique profond

Aussi longtemps qu’ils restent confinés sous terre, dans le site de stockage géologique, les déchets nucléaires ne présentent aucun danger pour le public. C’est la contamination des eaux superficielles par des radionucléides à vie longue qui peut constituer un risque pour le futur. Pour qu’une telle contamination se produise il faut :
D’abord que les conteneurs des déchets soient endommagés par une corrosion aqueuse, un processus qui devrait durer au moins 10000 ans.
Que les éléments radioactifs soient progressivement dissous dans l’eau. Pour ceux contenus dans les verres ce processus durerait plusieurs centaines de milliers d’années. Certains éléments comme le plutonium et l’américium sont, d’ailleurs, très peu solubles dans l’eau ce qui étale dans le temps le processus de dissolution.

Que les éléments radioactifs soient transportés par l’eau hors de la couche géologique de stockage. Dans l’argile cela a lieu par un processus de diffusion qui est très lent. Typiquement pour un site comme celui de Bure ce processus durerait entre quelques centaines de milliers d’années pour les éléments les plus mobiles (iode [5], technétium 99, niobium 94) et beaucoup plus pour les moins mobiles (plutonium, uranium).

Que les éléments radioactifs passent dans la nappe phréatique de surface, ce qui est assez rapide en comparaison avec les processus précédents. À ce stade, les radionucléides les plus radioactifs, césium 137, strontium 90 et les principaux actinides (plutonium, américium et curium) auront disparu depuis longtemps ! Le neptunium lui-même, très faiblement radioactif, est très peu soluble dans les eaux souterraines et peu mobile. Une faible couche d’argile de quelques mètres d’épaisseur suffirait à ce qu’il ne puisse jamais revenir en surface. Or la couche d’argile du site de l’Est de la France a 150 mètres d’épaisseur ! Pratiquement, seule l’iode 129, très peu radiotoxique, devrait se retrouver dans les nappes phréatiques en liaison avec le site de stockage après quelques centaines de milliers d’années.

Risques pour la population

La règle fondamentale de sûreté imposée par les autorités de sûreté pour un stockage géologique recommande que l’augmentation de l’exposition des populations les plus exposées à tout moment du futur, n’excède pas le dixième de la radioactivité naturelle. Pour un stockage bien conçu [6], toutes les simulations de retour des radionucléides à la biosphère effectuées montrent que cette limite ne devrait jamais être atteinte sauf, éventuellement, en cas d’intrusion volontaire dans le site de stockage, et ce pour les intervenants eux-mêmes [7]. Les riverains actuels des sites de stockage géologique et leur lointaine descendance ne risquent rien, à l’exception, pour les proches descendants, d’accidents liés aux transports divers relatifs à l’exploitation du stockage. Il reste à comprendre pourquoi cette innocuité du stockage géologique est aussi largement mise en doute dans les médias et le public. Sans doute les organisations institutionnelles n’ont-elles pas suffisamment informé le public sous prétexte qu’elles ne possédaient pas les évaluations définitives de risque… Si le GIEC [8] avait adopté une telle attitude, nous en serions toujours à nous demander si le réchauffement climatique est une réalité.

Risques pour l’environnement

Alors qu’il ne fait plus de doute que les activités humaines sont responsables de la disparition de nombreuses espèces animales, il est impossible de trouver un cas de disparition imputable à l’exploitation de l’énergie nucléaire. Bien plus, même dans les cas extrêmes de contamination radioactive comme lors des essais atmosphériques d’armes ou de la catastrophe de Tchernobyl, les biotopes ont assez rapidement retrouvé leur état initial alors même que la radioactivité résiduelle restait notable.

D’une façon générale, une quelconque influence sur la biosphère de la production d’électricité nucléaire ne pourrait être envisagée que si l’augmentation de la radioactivité moyenne qu’elle pourrait entraîner dépassait la valeur de la radioactivité naturelle. En France l’augmentation moyenne de la radioactivité ambiante due à la production d’électricité nucléaire est 5000 fois plus faible que la radioactivité naturelle. Par ailleurs, l’activité de la totalité des déchets produits pendant 50 ans de fonctionnement du parc de réacteurs français en absence de retraitement ne représenterait, au bout de 1000 ans que le millième de l’activité de la croûte terrestre française [9], ce qui signifie que, même dans le cas extrêmement improbable où toute l’activité du dépôt serait relâchée dans l’environnement, l’augmentation de la radioactivité moyenne resterait très faible.

La séparation-transmutation

Dans le cadre d’un nucléaire durable mettant en œuvre des réacteurs surgénérateurs (comme l’est le réacteur Phénix et l’était le réacteur Super-Phénix) la séparation du plutonium et de l’uranium des combustibles usés est une nécessité. C’est d’ailleurs cette nécessité qui a justifié la construction de l’usine de La Hague. Après séparation et mise en réacteur le plutonium subit la fission ou, plus rarement, est transmuté en américium. L’uranium, quant à lui, est transmuté en plutonium. De leur côté les produits de fission et les actinides mineurs (neptunium, américium, curium) sont vitrifiés. Les verres de retraitement sont destinés au stockage géologique.
Le développement des réacteurs surgénérateurs ayant été arrêté, l’usine de La Hague a été utilisée pour fournir le plutonium des combustibles MOx chargés dans certains réacteurs REP. Cette pratique permet d’économiser de l’uranium enrichi et n’entraîne qu’un modeste surcoût du kWh [10]. De plus, les compétences acquises grâce à l’usine de La Hague représentent un atout industriel de première grandeur pour l’avenir du nucléaire.

Les dimensions du stockage géologique sont essentiellement déterminées par le dégagement de chaleur des colis de déchets de haute activité. La réduction des dimensions du stockage pour en diminuer le coût est une motivation supplémentaire pour adopter une stratégie de séparation-transmutation. La seule extraction du plutonium permet de diviser par deux la charge thermique. Pour diminuer celle-ci pendant le premier siècle de stockage, il pourrait être économiquement intéressant de séparer le césium et le strontium et de les entreposer sur une longue durée pour décroissance [11]. La séparation et la transmutation de l’américium dans des réacteurs spécialisés ou dans les réacteurs surgénérateurs permettraient de gagner deux ordres de grandeur sur la charge thermique des déchets, et donc, une réduction comparable de la surface du site de stockage.

En conclusion, séparation et transmutation ne sont pas des préalables à la mise au point d’une gestion satisfaisante des déchets nucléaires mais pourraient en réduire notablement le coût. Par contre l’extraction du plutonium [12] est une nécessité pour le développement d’un nucléaire durable basé sur des réacteurs surgénérateurs.

Le financement de la gestion des déchets

En l’état actuel le budget de l’ANDRA qui est chargée du stockage définitif des déchets nucléaires est abondé par les producteurs, essentiellement par EDF et AREVA. On peut se poser la question, comme l’a d’ailleurs fait l’OPECST [13], de savoir si cette solution reste fiable et valable dans le contexte de libéralisation du marché de l’électricité. Il est aussi légitime de s’interroger sur le financement des recherches sur la séparation-transmutation."

L'article ici.