Déchets de structure cimentés ou compactés

Cet ensemble de déchets provient du retraitement des combustibles usés dans les usines COGEMA ; il correspond aux éléments formant l’ossature métallique des assemblages combustibles. Ces déchets sont séparés des matières nucléaires recyclables (uranium, plutonium) et des produits de fission et actinides mineurs, au début du processus de retraitement, lors des opérations de cisaillage et de dissolution des combustibles.

Dans le cas des assemblages combustibles des réacteurs à eau pressurisée, ces déchets sont couramment désignés par le terme « coques et embouts ». Les coques correspondent aux gaines des crayons combustibles, récupérées sous la forme de tronçons d’environ trois centimètres de longueur, dans lesquelles le matériau nucléaire a été extrait par dissolution dans l’acide. Les embouts correspondent aux pièces situées aux deux extrémités de l’assemblage combustible.

Les déchets de structure considérés ici sont issus des retraitements réalisés dans les usines de COGEMA La Hague. Ils comprennent (i) les déchets produits lors de retraitements antérieurs de combustibles UNGG et REP, aujourd’hui entreposés dans des silos et piscines, (ii) les déchets résultant des retraitements actuels et futurs des différents types de combustibles REP UOX et MOX, définis dans les scénarios d’étude donnés à la section 3.1.

Les matériaux des déchets de structure sont de plusieurs natures : alliages de magnésium-zirconium et de magnésium-manganèse pour les combustibles UNGG ; alliage de zirconium-étain (zircaloy 4) ou zirconium-niobium (alliage M5), aciers inoxydables et alliage de nickel pour les combustibles REP.

Suivant les hypothèses de conditionnement indiquées ci-après, certains colis contiennent aussi des déchets technologiques de nature métallique uniquement (aciers non alliés et inoxydables) ou de nature mixte, métallique et organique. Ces déchets technologiques représentent, en masse, environ dix pour cent de la masse totale de déchets conditionnés par colis.

L’activité radiologique est due (i) aux produits d’activation issus de l’activation neutronique des éléments d’alliage et des impuretés constitutifs des matériaux des éléments de structure des assemblages, lors de leur séjour en réacteur, et répartis dans la masse de ces matériaux, (ii) une contamination par des produits de fission, produits d’activation des impuretés (PAI) et actinides inclus dans la couche oxydée recouvrant la surface interne des tronçons de gaine ayant contenu le combustible. Cette contamination est due aussi aux traces d’indissous pouvant subsister après rinçage des déchets. La contribution radiologique des déchets technologiques présents dans certains colis est négligeable par rapport à celle des déchets de structure.

La thermicité des colis est due, pour l’essentiel, au cobalt 60. Du fait de la décroissance du cobalt, certains colis ne sont plus thermiques, compte tenu de l’âge des déchets. D’autres colis ont un niveau de puissance thermique de l’ordre d’une trentaine de watts, au moment de leur production, mais celui-ci diminue assez rapidement au bout de quelques années, en lien avec la décroissance du cobalt. Cette évolution est représentée à la Figure 3.2.12.

Figure 3.2.12 Evolution de la puissance thermique résiduelle des colis primaires de déchets de structure de combustibles REP UOX, URE et MOX

z Déchets de structure cimentés

Le mode initial de conditionnement des déchets de structure des assemblages combustibles REP consistait en une cimentation dans des fûts en acier inoxydable de grand gabarit. Ce procédé a été appliqué entre 1990 et 1995, puis remplacé par un compactage des déchets, mis en œuvre dans l’atelier ACC (Atelier de Compactage des Coques) de La Hague, à partir de 2002.

Les colis produits entre 1990 et 1995 sont appelés fûts de coques et embouts cimentés (voir Figure 3.2.13).

Figure 3.2.13 Fût en inox de 1 800 litres contenant des déchets de structure cimentés

Ils contiennent en moyenne 776 kilogrammes de déchets de structure composés à 80,7 % d’alliage de zirconium-étain (zircaloy 4), 15,9 % d’aciers inoxydables et 3,4 % d’alliage de nickel. La masse des colis (fût+déchets+matrice) est en moyenne de 3,5 tonnes. La puissance thermique résiduelle des colis, due au cobalt 60, est aujourd’hui de l’ordre d’une dizaine de watts. Elle sera de 3 watts environ à l’horizon 2025. Le débit d’équivalent de dose ȕ-Ȗ au pseudo-contact des colis (5 cm) est actuellement

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 Age du colis (an)

Puissance thermique (Watt par colis)

Colis primaire contenant des déchets de structure de combustibles REP UOX, URE et MOX,compactés

de l’ordre de 4 Sv/h ; il sera de l’ordre de 0,5 Sv/h à l’horizon 2025. La radiolyse de l’eau de la matrice cimentaire induit une production d’hydrogène.

z Déchets de structure compactés

Comme indiqué précédemment, un nouveau procédé de conditionnement des déchets de structure est mis en œuvre depuis 2002 sur le site de La Hague. Il consiste en un compactage des déchets préalablement placés dans des étuis, suivi d’une mise en conteneurs en acier inoxydable (CSD-C). Le procédé de compactage s’applique aux déchets de structure issus des combustibles UNGG et REP retraités antérieurement, aujourd’hui entreposés dans des silos et piscines, ainsi qu’aux déchets de structure issus des retraitements des combustibles déchargés actuellement et dans les années futures des réacteurs du parc REP. Comme mentionné ci-avant, certains colis contiennent en plus des déchets technologiques compactés issus de l’exploitation et/ou la maintenance des ateliers du site. Compte tenu de la diversité des flux de déchets considérés et de leurs caractéristiques, quatre sous-ensembles de colis de déchets de structure compactés (CSD-C) peuvent être distingués.

Le premier sous-ensemble de colis contient des déchets de structure issus du retraitement de combustibles UOX, URE et MOX mélangés avec des déchets technologiques de natures métallique et organique. Les hypothèses retenues sont (i) un retraitement des combustibles intervenant en moyenne 8 ans après leur déchargement des réacteurs, (ii) une masse moyenne de déchets conditionnés de 420 kilogrammes par colis (y compris les étuis de compactage). Suivant ces hypothèses, la puissance thermique des colis, calculée pour un inventaire radiologique enveloppe des différents flux de déchets précités, est d’environ 30 watts. La décroissance thermique de ces colis est donnée à la Figure 3.2.12.

Le niveau d’irradiation des colis, initialement d’une cinquantaine de sieverts par heure (Sv/h), est de l’ordre de 15 Sv/h, après dix ans de refroidissement. La présence de déchets organiques dans les colis, en provenance des déchets technologiques, conduit à la production d’hydrogène, par radiolyse de ces matières. On notera par ailleurs que des éléments radioactifs tels que le tritium (symbolisé par T ou

3H), le carbone 14 (¹⁴C), le chlore 36 (³⁶Cl), l’argon 39 (³⁹Ar) et le krypton 85 (⁸⁵Kr) peuvent être relâchés des déchets, sous forme de traces gazeuses. La masse moyenne des colis finis est d’environ 520 kilogrammes.

Le deuxième sous-ensemble de colis contient, comme les colis précédents, un mélange de déchets de structure UOX, URE et MOX et de déchets technologiques. Il diffère du premier par la nature des déchets technologiques, constitués ici de matériaux métalliques seuls. Contrairement aux colis du premier sous-ensemble, ils ne génèrent pas, de ce fait, d'hydrogène par radiolyse. En revanche, le risque de relâchement de traces de gaz radioactifs, par les déchets, subsiste (³H,¹⁴C,³⁶Cl,³⁹Ar et ⁸⁵Kr).

Cela pose la question de leur confinement au plus près des déchets, à laquelle répond le chapitre 4. Les autres caractéristiques des colis (puissance thermique, débit d’équivalent de dose, masse) sont par ailleurs identiques à celles des colis du premier sous-ensemble.

Le troisième sous-ensemble de colis contient uniquement des déchets de structure de combustibles REP retraités dans le passé, aujourd’hui entreposés. La masse des colis est de 725 kilogrammes en moyenne. Compte tenu de l’âge des déchets, les colis ne sont pas thermiques. Leur niveau d’irradiation est d'environ 5 Sv/h ; il sera d’environ 1 Sv/h à l’horizon 2025.

Enfin, le quatrième sous-ensemble de colis contient uniquement des déchets de structure de combustibles UNGG retraités dans le passé, aujourd’hui entreposés. La masse des colis finis est de 350 kilogrammes en moyenne. Compte tenu de l’âge des déchets, les colis ne sont pas thermiques. De même, leur niveau d’irradiation est plus faible que celui des sous-ensembles précédents, à savoir environ 0,4 Sv/h.

Les principales caractéristiques des quatre sous-ensembles de colis de déchets de structure compactés sont récapitulées au Tableau 3.2.2.

Tableau 3.2.2 Récapitulatif des principales caractéristiques des sous-ensembles de colis de