La situation actuelle des déchets nucléaires. Charles Courtois

(1)

La situation actuelle des déchets nucléaires

Charles Courtois

(2)

Remerciements Guy BRUNEL CEA

Michèle TALLEC ANDRA

SFEN 25/10/2012 Charles Courtois

(3)

Plan

• Introduction

• Les déchets nucléaires : définition et provenance, le cycle du combustible

• La caractérisation des déchets radioactifs

• Les lois sur les déchets et les résultats de 2006

• La loi de 2006

• L’inventaire national

• Les déchets FA

• La transmutation

• Le stockage géologique

• La situation internationale

(4)

Introduction

(5)

La place du nucléaire dans le monde

Plus de 30 pays nucléaires 440 tranches

366 Gwe installés 16% de l’électricité

7% de l’énergie primaire

Sans rejet de gaz à effet de serre

Et des utilisations,

pour la santé,

pour la défense

en recherche,

dans l’industrie,

(6)

Les déchets nucléaires : définition et provenance

Le cycle du combustible

(7)

Les déchets en France

(8)

D’où viennent les déchets nucléaires ?

industrie nucléaire recherche

défense industrie santé

63%

En volume 10%

24%

…mais plus de 99 % des radionucléides viennent des combustibles usés

(9)

Noyau lourd Uranium 235

FISSION

FUSION

Neutron

Neutron Neutrons

Noyaux légers H2

Énergie 1 tep/g

Énergie 10 tep/g

Fission et fusion nucléaires

(10)

Le combustible nucléaire

(11)

Composition du combustible

(12)

Déchets : radionucléides vies longues – vies courtes

Activité pour une masse de 1g de radioélément

1,E-12 1,E-09 1,E-06 1,E-03 1,E+00 1,E+03

0 1 1 0

00 1 0

00 0 00

1 000 0 00 0

Temps (années)

00

TeraBq

131I (8,2 j)

129I (15 millions a.) 135Cs (2,3 millions a.)

239 Pu (24390 ans) 137Cs (30 ans)

238U (4,5 milliards a.)

« PERIODES COURTES » très actif

vite éteint

« PERIODES LONGUES » peu actif

pendant longtemps

(13)

Définition des déchets nucléaires

En France, à partir des critères internationalement reconnus, différents types de déchets ont été définis par l'Autorité de sûreté nucléaire, chacun nécessitant une gestion différente :

les déchets de haute activité (HAVL) et les déchets de moyenne activité et à vie longue (MAVL) : ce sont principalement les déchets issus du cœur du réacteur,

hautement radioactifs ; et dont la radioactivité reste notable pendant des centaines de milliers, voire millions d'années (mais pas à un niveau "hautement radioactif" - à échelle géologique, ces déchets se transforment en "faible activité vie longue"

(FAVL)).

les déchets de faible et moyenne activité à vie courte (FMA-VC) : ce sont

principalement les déchets technologiques (gants, combinaisons, outils, etc.) qui ont été contaminés pendant leur utilisation. Leur nocivité ne dépasse pas 300 ans.

les déchets de très faible activité (TFA) : ce sont principalement des matériaux

contaminés provenant du démantèlement de sites nucléaires : ferraille, gravats,

béton... Ils sont peu radioactifs mais les volumes attendus sont plus importants que

ceux des autres catégories.

(14)

Le cycle du combustible nucléaire

FABRICATION DU COMBUSTIBLE

COMBUSTIBLE UO₂ URANIUM

ENRICHI URANIUM

APPAUVRI

ENRICHISSEMENT ENTREPOSAGE

CONVERSION

URANIUM NATUREL

STOCKAGE DÉFINITIF EXTRACTION

MINERAI

RÉSIDUS ULTIMES

TRAITEMENT

COMBUSTIBLE UO₂ USÉ RÉACTEUR COMBUSTIBLE

UO ₂ NEUF

COMBUSTIBLE MOX NEUF

PLUTONIUM

COMBUSTIBLE MOX USÉ COMBUSTIBLE

MOX

CONCENTRATION

URANIUM RECYCLABLE

(15)

Le traitement des combustibles usés

U

Pu

Usine de traitement

Uranium

Plutonium

Matières recyclables

Résidus Déchets Déchets

PF

AM

Déchets de structure

Déchets technologiques

Déchets ultimes 4%

Optimiser la gestion des déchets pour en limiter le volume,

garantir leur confinement et réduire leur toxicité

(16)

Déchet Moyenne Activité à vie longue (MAVL)

Déchets technologiques dans

du ciment

(17)

Déchet Haute Activité à Vie Longue (HAVL)

(18)

Déchets de Faible et Moyenne Activité à vie courte (FMA)

Déchets FA

Déchets MA

(filtre de centrale nucléaire immobilisé dans du béton)

 Industrie nucléaire : vêtements, gants, chiffons, filtres, résines,

 Médecine : seringues, flacons

 Industrie : sources

(19)

Industrie du retraitement- recyclage

Déchets générés annuellement par un Réacteur REP de 1000 MWe

Déchets solides :

 Déchets FA et MA VC:

 < 50 m 3/ REP.an

 Déchets MA VL:

 4,5 m 3/ REP.an

 Déchets HA :

 3,5 m 3/ REP.an

(20)

Type vol% Activity Cumulative volume (m ³ ) until 2020

TFA FA 95% <0.1% 1 200 000

MA 4% 3% 45 000

HA 0.3% 97% 5 000

A definitive industrial management route already exists for more than 90 % of the total waste volume produced.

Distribution des déchets en quantité et en activité

(21)

5 700 m

³

Déchet Haute Activité à Vie Longue (HAVL)

(22)

Extraction du minerai et préparation du combustible

Production d’électricité

Recyclage

des combustibles

« usés »

Gestion des déchets RECHERCHE

CONTROLE

Les Acteurs

(23)

La gestion des déchets radioactifs en France

90% du volume des déchets stockés définitivement

Vie courte Période < 30 ans pour les principaux éléments

Vie longue Période > 30 ans

Très Faible Activité (TFA)

Stockage définitif

Centre de Morvilliers (ouvert depuis 2003) Capacité : 650 000 m³

Faible Activité (FA)

Stockage définitif

Centre de l’Aube (ouvert depuis 1992) Capacité : 1 millions de m³

Stockage dédié

à l’étude pour les déchets radifères (volume : 100 000 m³) et graphites

(volume : 14 000 m³)

Moyenne Activité

(MA) Volume estimé en 2020: 50 000 m³

Déchets entreposés

Stockage géologoque en profondeur en cours d’étude

Haute Activité (HA)

Volume estimé en 2020: 5 000 m³ Déchets entreposés

Stockage géologique en cours d’étude

(24)

La caractérisation des déchets radioactifs

(25)

Analyses chimiques et radiochimiques, caractérisations physiques sur les déchets bruts

Maîtrise de la connaissance et la traçabilité des colis de déchets par les producteurs

Développement de méthodes et de dispositifs de caractérisation

Inventaires qui fournissent les données d’entrée pour les études de stockage Dossiers de connaissances pour les déchets destinés au stockage afin de :

ý prédire l’évolution des colis dans la durée : Comportement Long Terme (CLT) des colis

ý décrire la dégradation des colis : études d’impact et des calculs de performances des colis en situations de stockage

Connaissance des colis

(26)

Vérification homogénéité

physique par imagerie

 active 

Homogénéité physique

(27)

Homogénéités physique et radiologique

Imagerie  Tomographie d’émission

(28)

Tests de Chute

(29)

CLT: quelques échelles de Temps

10

⁹

1 000 000 1 000 1

Passé

Futur

Formation de la Terre

10

⁹

1 000 000 1 000 1

Dinosaures

Apparition de l ’Homme

Cro-Magnon

Charlemagne

2° guerre mondiale

Entreposage (reprise) Confinement

(colis) Confinement

milieu d’accueil)

129 I

¹³⁵

Cs

⁷⁹

Se

¹⁴

C

²⁴¹

Am

¹³⁷

Cs

237

Np

²³⁹

Pu

²³⁸

Pu

232

Th

235

U

238

U

40

K

Réacteur nucléaire naturel d’Oklo

226

Ra

Milliards... Millions... Milliers... d’années

Présent

(30)

Les lois déchets et les résultats de 2006

(31)

Les lois concernant les déchets nucléaires

Historiquement en France, deux lois ont été consacrés à la gestion des déchets nucléaires

• La loi du 30 décembre 1991

• La loi du 28 juin 2006

(32)

Quels enjeux ?

Axe 1 : rechercher les solutions de séparation et de

transmutation des éléments radioactifs à vie longue présents dans les déchets afin de réduire la nocivité à long terme des déchets.

Axe 2 : étudier les possibilités de stockage réversible et irréversible dans les formations géologiques

profondes.

Axe 3 : étudier des procédés de conditionnement et d’ entreposage de longue durée en surface ou en sub-surface.

La loi du 30 décembre 1991

Rendez-vous fixé en 2006

(33)

AXE 1 : RADIOTOXICITÉ DES DÉCHETS ULTIMES

0,1 1 10 100 1000 10000

Radiotoxicité relative

Verres sans AM (PF seuls)

Verres

classiques (AM + PF)

Combustible usé sans retraitement (Pu + AM + PF)

U

_nat

Actinides

Comb.

usé

Déchets ultimes

PF

GEN IV NR

Traitement et Re-fabrication

U

_nat

Actinides

Comb.

usé

Déchets ultimes

PF

GEN IV NR

Traitement et

Re-fabrication

(34)

Axe 1 : Séparation - transmutation

Usine de traitement

U Pu Usine de traitement

PF

AM

Résidus vitrifiés

U Pu PF

Résidus vitrifiés

AM Séparation poussée

Transmutation

Un réacteur à neutrons rapides est plus favorable à la transmutation

la faisabilité de la transmutation est établie

(35)

AXE 3 ; Réduction du volume des déchets

Après traitement 84 m3 par tranche

(36)

Conteneurs CSD-C et CSD-V

CSD-C CSD-V

définition d’un Conteneur Standard de Déchets

(37)

Entreposage industriel de colis de verres

R7-T7, La Hague (France) Puits d ’entreposage

EEVSE, La Hague (France)

AXE 3 Entreposage de longue durée

(38)

Des concepts d’entrepôts ont été étudiés basés sur des démonstrateurs technologiques

Étude de faisabilité de l’entreposage de longue durée jusqu’à 300 ans

Les colis doivent être repris

L’entreposage de longue durée n’est pas une solution de gestion définitive :

attente de la mise en œuvre d'une solution

de gestion à long terme pour les déchets à vie longue

Combustibles usés Déchets MA-VL

Tronçon de galerie d’entreposage de longue durée en subsurface

AXE 3 : Résultats venant des recherches

Contrairement au stockage, la barrière géologique ne joue aucun rôle

L’entrepôt doit être constamment surveillé et maintenu

(39)

Le Laboratoire de Meuse/Haute-Marne

Coupe géologique 3D du site

puits principal : - 490 / m

AXE 2 : Le Stockage géologique

(40)

Le Laboratoire de Meuse/Haute-Marne

Architecture du laboratoire

(41)

Le Laboratoire de Meuse/Haute-Marne

(42)

Les choix de concepts de stockage dans l’argile

Concepts pour déchets B (MAVL)

Colis de stockage :

complément de colisage en béton regroupant plusieurs colis primaires producteur, afin de faciliter la

standardisation de l’exploitation

Alvéole de stockage : tunnels horizontaux, de section proche d’un cercle, de diamètre

compris entre 9 et 12 m, réalisée en béton

(43)

Stockage : Faisabilité du stockage géologique

En scénario d’évolution normale, et en prenant en compte des données enveloppe, les doses relevant des différents types de déchets sont de plusieurs ordres de grandeur inférieures à la limite (0,25 mSv par an) imposée par la Règle Fondamentale de Sûreté, la dose reçue en surface croît d’abord, passe par un maximum aux environs de 500 000 ans puis décroît.

Les analyses de sensibilité montrent le rôle prédominant de la barrière géologique.

Cas des verres HA

(44)

La loi de 2006

(45)

La loi de programme relatif à la gestion durable des matières et des déchets radioactifs Juin 2006

Les points clés :

 un financement de la gestion des déchets radioactifs sécurisé.

un plan national pour la gestion des matières et déchets radioactifs,

 un programme de recherches et de travaux, assorti d’un

calendrier, pour mettre en œuvre ce plan,

(46)

Nouvelle loi (2006-739) : quoi de neuf ?

• Loi s’applique à l’ENSEMBLE des matières & déchets radioactifs, matières

radioactives dont combustibles nucléaires militaires et expérimentaux (combustible usé civil doit, à terme, être retraité).

• Le stockage géologique est retenu comme solution de référence pour la gestion des déchets à vie longue avec réversibilité (proposition d’un cadre juridique)

• Un calendrier :

– 2015 : demande de création d’un site de stockage géologique – 2020 : mise en exploitation d’un prototype pour la transmutation

évaluation des perspectives industrielles en 2012 – 2025 : mise en exploitation du site de stockage

le Stockage géologique ne pourra être autorisé que par décret, si la réversibilité est garantie. Un projet de loi fixera les conditions de la réversibilité (durée non inférieure à 100 ans).

– 2013 : création d’un centre de stockage FAVL

– 2030 au plus tard conditionnement MAVL(produits avant 2015)

(47)

• Une politique de financements pérennes est mise en place

(provisionnement des sommes pour le démantèlement et la gestion des

déchets, création de taxes additionnelles sur les INB pour la recherche et les accompagnements)

• Un Haut comité pour la transparence et l’information sur la sécurité nucléaire est créé (composé de députés, sénateurs, responsables

d’associations, des CLI d’organisations syndicales, d’experts nommés par les Académies, de représentants de l’IRSN, ASN, CEA)

• Le rôle de l’Andra est étendu (stockage et entreposage)

• La CNE s’élargit (4 experts étrangers, sciences humaines)

• Un plan national de gestion des matières et déchets radioactifs est mis en place PNGMDR révisé tous les 3 ans

Nouvelle loi : quoi de neuf ?

(48)

Le PNGMDR fixe la politique triennale, co-pilotée par la DGEC et l’ASN, sur la base de l’inventaire national réalisé par l’Andra.

Il fixe les jalons des projets de l’Andra :

•Déchets de faible activité à vie longue (FAVL),

•Stockage en couche profonde (Cigéo) des déchets de haute et moyenne activité à vie longue (HA-MAVL)

Il identifie les besoins de d é veloppement et d ’ am é lioration des fili è res :

•Recyclage des aciers

•Traitement, conditionnement des déchets

Il organise la réflexion sur l’optimisation des filières de dé chets, selon le schéma :

Le Plan National de Gestion des Matières et Déchets Radioactifs (PNGMDR)

(49)

L’inventaire national

(50)

Inventaire national des matières et déchets radioactifs édition 2012

Industrie électronucléaire 59 % Recherche 26 %

Défense 11 %

Industrie non électronucléaire 3 % Médical 1 %

Catégorie Déchets existant à fin 2010 (m3) Écart 2010/2007

HA 27 00 400

MA-VL 41 000 -800

FA-VL 87 000 4 500

FMA-VC 830 000 37 000

TFA 360 000 130 000

Total 1 320 000 171 000

(51)

(52)

Synthèse: flux de déchets nucléaires issus du cycle

 Estimation de quantités annuelles produites (source ANDRA):

• HA  100 m ³ /an

• MAVL  1 000 m ³ /an

• FA et MA (vie courte)  13 000 m ³ /an

• Radifères  300 T/an

• TFA  25 000 T/an

Nota: volumes ou tonnages selon type de déchets

(53)

Région PROVENCE – ALPES – COTES D’AZUR

(54)

Les déchets FAVL

(55)

(56)

Les déchets FAVL représentent en volume environ 6 % du volume total des déchets radioactifs français. Il s’agit

principalement de :

déchets radifères (contenant du radium) ≈ 48.000 m

³

déchets de graphite (issus de l’exploitation des anciennes centrales nucléaires) ≈ 70.000 m

³

et d’autres déchets FA-VL (déchets bitumés, sources scellées…)

≈ 33.000 m

³

Soit un volume conditionné total d’environ 150.000 m

³

Les Déchets de Faible Activité à Vie Longue (FAVL)

Déchets FAVL: mise en œuvre des solutions industrielles d’entreposage et de stockage d’ici 2013 au plus tard.

(57)

Lieux

d’entreposage

des déchets FA-VL

(58)

Options techniques pour le stockage FAVL

(59)

Juin 2008 : Appel à candidatures

Envoi d’un dossier d’information à 3115 communes (8 régions, 20 départements)

Octobre 2008

Près de 40 communes volontaires ont manifesté leur intérêt pour le projet

Fin décembre 2008 :

Remise du dossier d’analyse au gouvernement :

Pour l’Andra, une dizaine de communes comportent des sites a priori très intéressants d’un point de vue géologique.

Sur ces bases, le gouvernement a consulté les grands élus de ces zones pour juger du soutien local.

Déchets FA-VL mise en œuvre de solutions

(60)

En juin 2009, sur la base d'une analyse menée par l'Andra, le Gouvernement en a retenu deux d'entre elles (Auxon et Pars-lès-

Chavanges dans l'Aube) pour y réaliser des investigations approfondies aux plans géologique et environnemental.

Sous la pression des opposants, ces deux communes se sont toutefois retirées du projet en juillet et août 2009.

Le gouvernement et l’Andra prennent acte de cette décision.

En juin 2010, dans le Plan national de gestion des matières et déchets radioactifs (PNGMDR), l'Etat fixe de nouvelles orientations pour le projet. Il demande notamment à l'Andra :

de poursuivre les études concernant la connaissance, le traitement et le conditionnement des déchets FA-VL.

de remettre au gouvernement au plus tard en 2012 un rapport présentant les différents scénarios de gestion possibles pour ces déchets.

Déchets FA-VL mise en œuvre de solutions

(61)

La transmutation

(62)

Generation I

Generation II

1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090

Generation III UNGG

CHOOZ REP 900

REP 1300 N4

EPR

COEX Generation IV

PROTO2020

Les générations nucléaires

CONCEVOIR EXPLOITER

OPTIMISER FINALISER

(63)

Les réacteurs à neutrons rapides au sodium

Peuvent brûler les radioéléments à durée de vie longue

Consomment 70 fois moins d’uranium

(64)

Projet ASTRID

: Cœur innovant à l’étude

(65)

Un développement cohérent réacteur cycle

(66)

Le stockage géologique

le projet cigéo

(centre industriel de stockage géologique)

(67)

(68)

Le Laboratoire souterrain : un outil pour le projet Cigéo

Le Laboratoire souterrain constitue un outil exceptionnel pour mener à bien les caractérisations et les essais nécessaires au projet Cigéo.

(1) caractérisation in situ des propriétés thermo-hydro-mécaniques et chimiques de l’argile et détermination des interactions entre le milieu géologique et les matériaux qui seront introduits lors du stockage,

(2) mise au point de méthodes de creusement et soutènement des galeries, (3) mise au point des tests de creusement des alvéoles de stockage.

L'autorisation accordée à l'Andra d'exploiter un

laboratoire souterrain à Bure

(Meuse) est renouvelée pour

18 ans en décembre 2011

(69)

Le laboratoire souterrain dans l’argile de Bure

Faisabilité de principe d’un stockage géologique dans cette formation

Le laboratoire c’est :

• 1200 ml de galeries construites depuis 2004.

• 447 forages réalisés représentant 6643 ml de carottes

• 5900 capteurs installés dans les galeries

• 7625 mesures gérées par le système

d’acquisition

(70)

La gestion des déchets radioactifs en France

90% du volume des déchets stockés définitivement

Vie courte Période < 30 ans pour les principaux éléments

Vie longue Période > 30 ans

Très Faible Activité (TFA)

Stockage définitif

Centre de Morvilliers (ouvert depuis 2003) Capacité : 650 000 m³

Faible Activité (FA)

Stockage définitif

Centre de l’Aube (ouvert depuis 1992) Capacité : 1 millions de m³

Stockage dédié

à l’étude pour les déchets radifères (volume : 100 000 m³) et graphites

(volume : 14 000 m³)

Moyenne Activité

(MA) Volume estimé en 2020: 50 000 m³

Déchets entreposés

Stockage géologoque en profondeur en cours d’étude

Haute Activité (HA)

Volume estimé en 2020: 5 000 m³ Déchets entreposés

Stockage géologique en cours d’étude

(71)

Le site de stockage sera dimensionné pour accueillir les déchets de tout le programme nucléaire actuel, plus ceux de un à deux

EPR.

Il est prévu de fermer le site après 100 ans d’exploitation, mais sa surveillance devra durer 300 ans.

Caractéristiques du stockage

(72)

(73)

(74)

(75)

Le concept ANDRA (2009)

• Des galeries de liaison  100km de galerie, 400km de souterrain au total

• 700 intersections

Zone HA

Zone MAVL

Zone HA

Module HA ( 200 alvéoles)

La modélisation du site, un peu élémentaire en 2005, a été revue et celle de 2009 est beaucoup plus détaillée, avec un maillage plus serré.

- Par exemple en 2005 la matrice de verre était considérée dégradée en 300 000 ans dans un

modèle avec de l’eau pure. Actuellement avec une eau de site, on détermine une durée de

dégradation du verre entre 600 000 et 1 700 000 ans.

(76)

Le Centre de Stockage des Déchets de haute activité et moyenne activité à vie longue : Cigeo Le calendrier de Cigeo:

(77)

(78)

Le processus décisionnel et la réversibilité

(79)

Les moyens concrets de la réversibilité

(80)

(81)

Le débat public

(82)

La situation internationale

(83)

Aperçu de la situation internationale

• Le statut du combustible usé est différent suivant les pays (dépend des ressources propres, du nombre de réacteurs, …)

• Tous les pays pratiquent le conditionnement et l’entreposage (Suède, Pays Bas, Allemagne, Etats Unis, Suisse, …)

• Stockage géologique

– USA WIPP dans le sel pour déchets MA-VL (1998, 655 m) – Des stockages existent pour FA et MA-VC

– Des laboratoires souterrains existent pour HA et MA

(84)

ALLEMAGNE - stockage MA dans la mine de Konrad

- stockage des déchets de haute activité et des combustibles usés envisagé à Gorleben dans le sel.

BELGIQUE

- Construction d’un stockage à Dessel, pour les FA MA-VC

- Recherches pour MAVL et HA dans le laboratoire souterrain de Mol, creusé dans l'argile.

CANADA

- Programme expérimental dans le laboratoire souterrain de Pinawa, dans le granite - Recherche d’un site de stockage.

Aperçu de la situation internationale

(85)

JAPON

- Le stockage de Rokkasho-Mura, reçoit des déchets FA et MA-VC - Stockage des déchets FA-VL ou MA à l’étude

- Deux laboratoires de recherches souterrains à caractère méthodologique sont en construction pour déchets HA

ESPAGNE

- Stockage des déchets FA MA VC sur le site d'El Cabril - Recherches sur le stockage en formation géologique.

FINLANDE

- Les combustibles usés devraient être stockés d'ici 2020 dans la formation cristalline de l'île d'Olkiluoto (côte Ouest de la Finlande).

Photo Posiva

(86)

ROYAUME-UNI

- Les déchets FA et MA-VC sont stockés sur le site de Drigg, dans le nord de l'Angleterre.

- Pour les déchets MA et HA le stockage en formation géologique retenu est à l’étude

SUÈDE

- Les déchets FA et MA VC sont stockés à -50 mètres dans le granite près du site de Forsmark.

- Le site de Forsmark a été également retenu pour le stockage géologique des déchets HA, les recherches se poursuivent dans le laboratoire d'Äspö, à 450 mètres, dans le granite. Demande d’autorisation de création faite

SUISSE

- Des recherches sur le stockage géologique pour les déchets HA et les combustibles usés ont été entreprises dans le granite, puis dans les argiles. Une recherche de site est en cours.

Les pays dotés d'un parc nucléaire modeste ou naissant mènent des réflexions dans le cadre européen en vue d'un éventuel projet de stockage partagé.

(87)

TFA ~ 300 €/t

Déchets FA 2,5 k€/m

³

Déchets MA 80 k€/m

³

?

Déchets HA 1000 k€/ m

³

?

COÛT DU STOCKAGE : ORDRES DE GRANDEUR

^{Autres :}

Radifères

Graphite ? Incertitudes

sur coûts

(88)

Conclusions

• Une gestion rigoureuse existe

• Une loi opérationnelle encadre la gestion à long terme des déchets

• Le stockage géologique est la solution reconnue internationalement et ses possibilités de mise en œuvre en France existent

• Volonté politique?

(89)