Les déchets de haute activité et à vie longue

1.1 Les déchets radioactifs

Les déchets radioactifs sont classés en France en fonction de leur activité (très faible, faible, moyenne, haute), c’est-à-dire l’intensité du rayonnement émis, et de la période de décroissance (vie courte ou moyenne d’une part, vie longue d’autre part) des principaux radionucléides qu’ils renferment. Cela permet de définir la durée de leur nuisance potentielle. Les modes de gestion des déchets doivent être adaptés à cette nuisance.

Classification des déchets radioactifs

Les rayonnements ionisants émis par les radionucléides à vie courte (ou moyenne) sont surtout constitués de particulesβet de photons γ, alors que ceux émis par les radionucléides à vie longue comportent en particulier des particules α.

Pour protéger les personnes d’une activité élevée associée à des radionucléides à vie courte, il faut interposer un écran de protection assez épais pour arrêter les rayonnements β‚ et surtout γ(une épaisseur métrique de béton pour les déchets de plus haute activité) ; il faut aussi confiner les radionucléides pendant une durée en rapport avec leur période radioactive.

Pour les radionucléides à vie longue, la problématique porte sur la limitation de leur dissémination, principa-lement pour s’opposer à une ingestion ou une inhalation qui exposerait l’organisme au rayonnement α. Lorsque l’activité des déchets est significative, ce confinement doit alors être assuré sur de très longues durées.

Période

Activité

Très Faible Activité (TFA)

Faible Activité (FA)

Moyenne Activité (MA)

Haute Activité (HA)

Centre de stockage TFA de l’Aube (hors résidus miniers stockés sur site)

Projet d’implantation d’un centre de stockage Centre de stockage FMA radifères / graphites

de l’Aube

Recherches menées dans le cadre de la loi du 30 décembre 1991

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Les colis

1.2 Les déchets de haute activité et à vie longue

1.2.1 Nature et provenance

Les déchets de haute activité et à vie longue, qui représentent 5 % environ du volume des déchets radioactifs produits actuellement en France, contiennent : des radionucléides à vie courte ou moyenne en quantité importante (induisant une haute activité) et des radionucléides à vie longue en quantité moyennement à très importante.

Hall d’entreposage actuel de déchets C

Décroissance radioactive, période et types de rayonnements

Un isotope radioactif d’un élément est physiquement instable du fait d’un excès de protons ou de neutrons dans son noyau. Ce dernier peut se transformer spontanément en un autre noyau, stable ou encore radioactif : cette transformation irréversible, ou désintégration, s’accompagne de l’émission d’une particule alpha (noyau d’hélium comprenant deux protons et deux neutrons) ou bêta (électron ou positon), ainsi que d’un photon gamma. La désintégration radioactive d’un noyau donné est un phénomène aléatoire dans le temps. On peut cependant définir pour chaque isotope radioactif une période (ou demi-vie) qui est la durée nécessaire à la désintégration de 50 % de la quantité initialement présente. Ainsi, la période radioactive de l’isotope 14 du carbone (¹⁴C) est de 5 730 ans. Au fur et à mesure des désintégrations, il reste une quantité de moins en moins importante d’isotopes radioactifs.

Cette diminution progressive de la radioactivité est appelée décroissance radioactive. Après une durée de n périodes d’un isotope radioactif, celui-ci aura décru de 1/2ⁿpar rapport à l’inventaire initial ; ainsi, après dix périodes, il ne reste plus qu’un millième environ de la matière radioactive initiale.

On distingue trois types de rayonnements :

- Alpha (α) : émission de particules composées de noyaux d’atomes d’hélium peu pénétrants (portée dans l’air de quelques centimètres). Ces particules sont arrêtées par une feuille de papier.

- Bêta (β) : électrons qui pénètrent de plusieurs mètres. Une feuille d’aluminium ou une vitre en verre les arrêtent.

- Gamma (γ) : rayonnement électromagnétique beaucoup plus pénétrant, de même nature que les rayons X.

Plusieurs centimètres de plomb ou plusieurs décimètres de béton sont nécessaires pour l’arrêter.

Les principaux secteurs d’activité concourant à la production de ces déchets sont l’industrie électronucléaire (réacteurs de production d’électricité d’EDF, usines COGEMA de La Hague et Marcoule de traitement des combustibles) ainsi que les activités de recherche et de la défense nationale (centres CEA). Aux résidus du traitement des combustibles usés s'ajoutent les déchets d’exploitation et de maintenance des usines de traitement et des réacteurs nucléaires.

Les combustibles usés déchargés des réacteurs d’EDF sont traités dans les usines COGEMA de La Hague. Le traitement vise à séparer l’uranium et le plutonium, qui ne sont pas considérés comme des déchets, des déchets eux-mêmes : produits de fission, produits d’activation, actinides mineurs conditionnés dans les usines de La Hague¹. A ces résidus de haute activité s’ajoutent les matériaux, essentiellement métalliques, des assemblages combustibles ainsi que les déchets de moyenne activité liés à l’exploitation et à la maintenance des usines de traitement (effluents liquides, etc.). De leur côté, l’uranium et le plutonium récupérés entrent dans la fabrication des combustibles MOX (oxyde d’uranium et plutonium) et URE (uranium de retraitement).

Après utilisation en réacteurs, ces derniers sont entreposés dans l’attente de leur traitement, selon la stratégie industrielle de gestion de l’aval du cycle indiquée par EDF.

L’exploitation des réacteurs nucléaires engendre aussi des déchets de moyenne activité : il s’agit de dispositifs de démarrage et de pilotage des réacteurs qui, après une certaine durée d’utilisation, sont remplacés et deviennent alors des déchets. Ils sont actuellement entreposés à proximité des réacteurs.

Les déchets à vie longue issus d’activités autres que la production électronucléaire (recherche, défense) sont en général des déchets technologiques de moyenne activité : pièces remplacées ou obsolètes, contaminées par les matières et déchets radioactifs traités... On note aussi l’existence d’une petite quantité de combus-tibles usés issus de réacteurs de recherche ou militaires, pour laquelle l’éventualité d’un stockage est étudiée.

1.2.2 Deux catégories de déchets

1.2.2.1 Les déchets de haute activité (ou déchets vitrifiés), également appelés déchets C

Ils représentent 1 % en volume des déchets radioactifs et correspondent aux matières non valorisables contenues dans les solutions issues du traitement des combustibles usés dans les usines de COGEMA : produits de fission, actinides mineurs, produits d’activation.

Leur haute activité β-γinduitun dégagement thermique important qui diminue dans le temps, principalement avec la décroissance radioactive des produits de fission à période moyenne (césium 137, strontium 90).

Ils sont aujourd’hui incorporés dans une matrice en verre borosilicaté (verre R7T7) dont la capacité de confinement est particulièrement élevée et durable (plusieurs centaines de milliers d’années) lorsqu’elle se trouve dans des condi-tions d'environnement physico-chimiques favorables. Les radionucléides se trouvent ainsi répartis de manière homogène dans la matrice vitreuse. Ces déchets vitrifiés sont coulés dans des fûts en inox pour constituer les colis primaires de déchets vitrifiés C.

Conteneur standard de déchets vitrifiés (CSD-V)

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Les colis

1.2.2.2 Les déchets de moyenne activité à vie longue également appelés déchets B

Ils proviennent surtout des usines de fabrication et de traitement des combustibles nucléaires ainsi que des centres de recherche. De ce fait, ils recouvrent des objets très divers, par exemple : éléments de structure des assemblages combustibles (gaines des crayons de combustibles appelées « coques », pièces d’extrémité appelées « embouts », grilles de maintien des assemblages…), boues de traitement des effluents, matériels divers (filtres, pompes…). Ce sont, pour l’essentiel, des métaux, mais on y trouve aussi des composés inorganiques et organiques (plastiques, cellulose…).

Leur activité β-γest faible ou moyenne ; aussi ne présentent-ils pas ou peu de dégagement thermique. Mais leur contenu en éléments à vie longue justifie, comme pour les déchets C, un confinement de très longue durée.

Suivant leur nature, ils sont condi-tionnés dans du bitume (pour les boues issues du traitement des effluents), dans du béton ou par compactage (pour les coques et embouts et les déchets technologiques). Les déchets ainsi conditionnés sont placés dans des fûts en béton ou en acier. Les colis obtenus constituent les colis primaires de déchets B, à la fois les plus nombreux et les plus divers par leurs condition-nements.

Conteneur Conteneur

standard de déchets béton fibres cylindrique compactés (CSD-C) (déchets technologiques) Les radionucléides produits en réacteur

Ils sont de trois types :

- les produits de fission sont issus directement de la fission des atomes d’uranium et de plutonium : césium, strontium, iode, technétium…, ou de la désintégration des fragments de fission. Le césium 137 (et son descendant le barium 137) et le strontium 90 (et son descendant l’yttrium 90) sont à l’origine de l’essentiel du rayonnement et du dégagement thermique des déchets HAVL, importants au cours des 300 premières années compte tenu de leur période de 30 ans,

- les actinides sont des éléments naturels ou artificiels dont le noyau compte un nombre de protons supérieur ou égal à 89. Quatre actinides existent à l’état naturel : actinium, thorium, protactinium, uranium. Les actinides mineurs (principalement américium, curium, neptunium) sont formés dans un réacteur par captures successives de neutrons à partir des noyaux du combustible. Leur radioactivité et leur puissance thermique décroissent lentement. Après la décroissance des produits de fission à période moyenne, les déchets présentent un dégagement thermique résiduel qui résulte de l’activité de l’américium 241 qui, à son tour, décroît progressivement,

- les produits d’activation sont formés par capture de neutrons principalement dans les matériaux de gainage et de structure du combustible. Leur radioactivité est sensiblement inférieure à celle des produits de fission et actinides mineurs mais doit être prise en compte car certains de ces radionu-cléides ont une longue période radioactive.