Radioactivité résiduelle, gestion des déchets : tout sur le démantèlement des centrales nucléaires

21 novembre 2019 à 11h30
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Fessenheim

Avec le vieillissement du parc nucléaire français et l'arrêt prochain de la centrale nucléaire de Fessenheim, le sujet du démantèlement des centrales nucléaires risque de revenir régulièrement. Il est donc temps de faire un point sur ce sujet controversé et souvent mal traité.

Commençons par l'idée entretenue avec soin par la désinformation ordinaire sur la question du nucléaire : on sait démanteler des centrales nucléaires. Nous n'avons pas de centrales nucléaires entièrement démantelées sur le territoire français, mais des exemples de démantèlement intégraux existent dans le monde. On pourrait citer les centrales nucléaires américaines de Rancho Seco ou de Maine Yankee, par exemple. Le démantèlement intégral d'une centrale nucléaire est donc possible puisqu'il a été entièrement effectué sur certaines centrales dans le monde. Mais plongeons un petit peu dans la complexité du sujet.

La question de la radioactivité résiduelle

Le démantèlement nucléaire a lieu en plusieurs étapes. On commence par mettre la centrale nucléaire définitivement à l'arrêt. Le combustible est déchargé et mis en piscine, les différents circuits sont vidangés et les effluents sont traités. Une fois qu'on a vidé les piscines d'entreposage et retiré les éléments les plus radioactifs présents dans la cuve, notamment les grappes de commande, il reste toute la centrale à démonter. Les centrales qui attendent leur démantèlement sont dans cet état. La radioactivité contenue par une centrale nucléaire à l'arrêt est bien moindre que celle contenue par une centrale nucléaire en fonctionnement contenant du combustible.

Mais pourquoi une centrale dans cet état contient encore de la radioactivité ? Il peut y avoir des contaminations. Par exemple, des radionucléides (atomes radioactifs) qui se sont échappés des gaines de combustibles et sont venus se fixés dans la cuve ou le circuit primaire. Mais, il y a de la radioactivité résiduelle également à cause du phénomène d'activation neutronique.

Conteneur radioactif

Avant d'expliquer ce phénomène, il faut bien comprendre que dans l'immense majorité des cas, subir une irradiation ne rend pas radioactif. De la même façon qu'une personne souffrant d'un coup de soleil n'est pas contagieuse, une personne irradiée ne devient pas radioactive. Par contre, si elle est exposée à des radionucléides, elle peut en absorber ou en fixer sur sa peau et ses vêtements. On parle alors de contamination. Une personne ou un objet contaminé est radioactif.

Mais il y a, au moins, un cas exceptionnel où une irradiation induit une radioactivité : l'activation neutronique. En effet, un atome stable capturant un neutron peut devenir radioactif. Or, dans le cœur d'un réacteur nucléaire en fonctionnement, il y a un flux neutronique entretenu par les réactions de fission qui produisent la chaleur qui est utilisée pour générer l'électricité. Ce phénomène d'activation neutronique a lieu naturellement avec la production par le rayonnement cosmique de carbone 14 dans l'atmosphère ou artificiellement avec la production de radionucléide de fer dans la cuve d'un réacteur nucléaire.

Centre de controle de Tchernobyl
Kamil Budzynski / Shutterstock.com

L'essentiel de la radioactivité restante dans la centrale nucléaire à l'arrêt est lié à ces produits d'activation. Ces radionucléides sont prisonniers des structures en acier et en béton et constituent donc un danger faible pour l'environnement et les populations alentours, sauf si le bâtiment réacteur est significativement dégradé. Par contre, ces radionucléides restent dangereux pour le personnel qui va devoir démanteler la centrale. Non seulement ces opérateurs vont potentiellement être au contact de zones contaminées ou activées et subir une irradiation, mais en plus les opérations de démolition ou de découpe peuvent libérer des radionucléides emprisonnés. C'est pour ça qu'il faut mettre en place des mesures de radioprotection adaptées pour limiter l'irradiation reçue par les opérateurs et empêcher le contact et l'inhalation de radionucléides.

Ce qui est très important à comprendre, c'est que cette radioactivité est essentiellement due à des radionucléides qui ont une courte période radioactive. Par exemple, le fer 55 et le cobalt 60 qui sont produits par activation neutronique ont une période radioactive respectivement de 2,7 ans et de 5,3 ans. Nous n'allons pas faire toute la liste, mais l'essentiel de la radioactivité d'une centrale en attente de démantèlement est dû à des produits d'activation ayant une période radioactive allant de plusieurs dizaines de jours à quelques années. Comme vous le savez, la période radioactive désigne la durée au bout de laquelle, un radionucléide a exactement une chance sur deux de se désintégrer. Au bout de dix périodes radioactives, la quantité de radionucléides est divisé par 210. Donc en quelques décennies, la radioactivité due aux produits d'activation est divisée par un millier.

C'est donc très différent des radionucléides que l'on trouve dans le combustible usé qui ont, pour certains, de très longues périodes radioactives, comme le plutonium et sa période de plus de 10 000 ans, ou le neptunium 237 et sa période radioactive de plus de deux millions d'années. Ce sont ces radionucléides issus du combustible usé qui vont former les déchets radioactifs les plus dangereux, mais c'est un autre sujet qui mériterait un article au moins aussi long.

Tableau periodique des elements Mendeleiev

Une stratégie de démantèlement à mettre en place

Que la radioactivité résiduelle d'une centrale nucléaire à l'arrêt décroisse en quelques décennies est un point extrêmement important, car c'est pour cela qu'il y a deux grandes stratégies pour le démantèlement. La première est de démanteler la centrale le plus vite possible. La seconde, c'est d'attendre que la radioactivité décroisse avant d'intervenir sur site. Au bout de quelques décennies, la radioactivité liée aux produits d'activation aura considérablement décru et les travailleurs seront moins exposés à la radioactivité. Les mesures de radioprotection seront donc également plus faciles à mettre en œuvre.

L'arbitrage entre ces deux techniques n'est pas facile. Un démantèlement immédiat nécessite plus de radioprotection mais un démantèlement différé peut poser des problèmes de perte d'informations sur le site ou de vieillissement et de dégradation d'une partie de l'installation compliquant le démantèlement. Je pense que le choix optimal va dépendre des particularités de chaque réacteur et des compétences des acteurs en présence.

Plusieurs réacteurs ont été démantelés dans le monde. Si on exclut les navires et sous-marins à propulsion nucléaire et si on inclut les prototypes et les réacteurs de recherche. Il y a, dans le monde, plus de 160 réacteurs nucléaires définitivement arrêtés. Là-dedans, au moins 17 ont été complètement démantelés, une cinquantaine est en cours de démantèlement, une autre cinquantaine est en attente de décroissance pour un démantèlement ultérieur, trois ont été enseveli et pour la quarantaine restante les stratégies ne sont pas spécifiées. L'ensevelissement est une méthode très peu utilisée et dans des cas particuliers de petits réacteurs, ça consiste juste à réunir les parties radioactives et à les couler dans un matériau à longue durée de vie comme du béton. Ce n'est envisageable que dans des cas très spécifiques et je ne vais pas en parler davantage. Les deux stratégies principales, démonter directement ou attendre que la décroissance radioactive réduise les risques, sont donc bien représentées à l'échelle mondiale.

En France, la stratégie d'EDF a été d'attendre la décroissance radioactive des produits d'activation pour minimiser l'exposition des travailleurs à l'exception de quelques réacteurs expérimentaux et de recherche. Ce report volontaire du démantèlement des centrales nucléaires est sans doute en partie responsable de l'idée qu'on ne sait pas démanteler des centrales nucléaires. Mais, en 2015, la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte inscrit dans la réglementation le principe du démantèlement immédiat et EDF doit changer radicalement sa stratégie . Ce positionnement législatif a été justifié par la volonté de ne pas faire reposer la charge du démantèlement sur les générations futures mais aussi par la perte de mémoire et les dépenses importantes de surveillance et d'entretien qu'impliquent une stratégie de démantèlement différé. On voit que le choix de stratégie touche aussi à des éléments qui échappent à des critères strictement scientifiques. Si on doit choisir entre limiter l'exposition des travailleurs ou limiter la charge sur les générations futures, c'est un choix politique, une décision à prendre entre des alternatives qu'on ne peut pas comparer avec une métrique simple et objective. Le politique a tranché et a mis en place une stratégie de préférence.

Centrale nucleaire

Comme vous le savez peut-être, les centrales nucléaires françaises sont aujourd'hui entièrement constituées de réacteurs à eau pressurisée. On en a 58. Dans le monde, plusieurs centrales nucléaires à eau pressurisée ont été entièrement démantelée comme la centrale nucléaire américaine de Rancho Seco ou celle de Maine Yankee pour citer les deux plus grosses.

En France, on a pratiquement fini de démanteler le réacteur du site Chooz A dans les Ardennes qui a été en opération de 1967 à 1991. Chooz A est le premier réacteur à eau pressurisée construit en France. EDF qui avait initialement opté pour un démantèlement différé a modifié sa stratégie et opté pour un démantèlement immédiat en 2001 autorisé par l'ASN en 2006. Le démantèlement est déjà bien avancé et devrait être entièrement fini en 2022. Le réacteur de Chooz A est un réacteur de 305 MW, plus petit que ceux en fonctionnement mais à la technologie très proche. C'est donc perçu comme un entrainement pour le démantèlement futur des centrales aujourd'hui en fonctionnement. Le démantèlement de Chooz A s'est fait sans problème majeur jusque-là, pas de gros retards ou d'augmentations des coûts. Le coût prévu de 500 millions d'euros devrait être tenu comme le calendrier.

Reacteur nucleaire EDF de Chooz A
Chooz A / Crédits : IRSN / Philippe Dureuil

Pour avoir une idée des coûts des démantèlements futurs, le document le plus utile pour est l'audit de 2015 commandité par le Ministère de l'environnement qui évalue les provisions de déconstruction des réacteurs d'EDF. Il y a également un rapport de la Cour des comptes sur le sujet mais celui-ci date un peu. L'audit est venu globalement confirmer les estimations d'EDF qui se basent sur une étude poussée du site de Dampierre. Le démantèlement intégral de cette centrale nucléaire comportant 4 réacteurs de 900 MW électrique coûterait 1 069 millions d'euros de 2013. Euros de 2013 parce que, comme vous le savez, la valeur réelle d'un euro varie au fil des ans et de l'inflation.

Ce montant est provisionné par EDF et a donc toujours fait plus ou moins partie du prix de l'électricité provenant des centrales nucléaires. Faisons un petit calcul de coin de table pour avoir un ordre de grandeur. Si on arrête la centrale de Dampierre au bout de quarante ans d'exploitation, elle aura produit autour de 1000 milliards de kWh. Ce qui ramène le coût du démantèlement à 0,1 centimes par kWh produit, environ 2% du prix de la production de l'électricité nucléaire. Comme la production ne forme qu'un tiers du prix payé par le consommateur final, le démantèlement de ce site reviendrait à moins de 1% du prix payé par l'utilisateur final, c'est-à-dire nous. Pour ceux qui ne se satisfont pas des calculs réalisés en France, les démantèlements des deux centrales nucléaires américaines dont j'ai parlé avant ont coûté autour de 500 millions de dollars chacun. Les retours d'expérience sur des démantèlements déjà entièrement effectués dans le monde viennent donc confirmer l'ordre de grandeur donné par EDF.

Stockage longue duree de dechets radioactifs
Système de stockage longue durée de déchets radioactifs

Le cas des déchets produits par le démantèlement

Un démantèlement se fait le plus souvent des zones les moins radioactives vers les zones les plus radioactives. On peut donc commencer par démanteler toutes les parties non nucléaires de la centrale. Il y a plusieurs types de déchets lors du démantèlement. Pour avoir un point de repère. Je vais parler des quantités de déchets radioactifs qui seront produits par le démantèlement d'un réacteur à eau pressurisée aujourd'hui en fonctionnement comme les quatre présents sur la centrale de Fessenheim. Il y a d'abord 80% de déchets conventionnels pour un volume de 80 000 m3, en gros des gravats de béton et de l'acier. Tout ça représentera une partie infime des déchets produits annuellement en France par la déconstruction et la réhabilitation des bâtiments.

Pour les déchets radioactifs, il va y avoir un faible volume de déchets de moyenne activité à vie longue, des déchets qui sont aussi produits par le retraitement du combustible usé et pour lesquelles on envisage le site de Bure pour le stockage géologique profond. La majeure partie des déchets radioactifs sont de 7000 m3 de déchets de faible et moyenne activité à vie courte et 10 000 m3 de déchets de très faible activité.

Les déchets de faible et moyenne activité à vie courte sont des déchets dont la dangerosité est limitée. On estime qu'au bout de quelques siècles, leur radioactivité sera de l'ordre de grandeur de la radioactivité naturelle. Ils sont donc stockés en surface dans le plus grand site de stockage nucléaire du monde, le centre de stockage de l'Aube.

Centrale nucleaire

Les déchets de très faible activité font plus polémiques. Ces déchets sont produits « par zonage ». Tous les déchets produits dans une zone nucléaire sont considérés comme des déchets de très faible activité, y compris quand ils ne contiennent aucune trace de radioactivité artificielle. Ce mode de gestion, qui est une particularité française, implique donc des surcoûts économiques et des impacts environnementaux inutiles. Dans le reste du monde, il existe des seuils de libération. Si la radioactivité est inférieure à ce seuil, le déchet n'est pas considéré comme radioactif. Ils sont stockés au centre industriel de regroupement, d'entreposage et de stockage. Mais, ce site ne suffira pour stocker l'ensemble des déchets de très faible activité que produira le démantèlement des 58 réacteurs aujourd'hui en fonctionnement si on garde la même gestion de ces déchets.

Il est quand même important de préciser que si le démantèlement est si mal perçu c'est aussi parce qu'on a des réacteurs sur le sol français qui sont beaucoup plus difficiles à démanteler que les réacteurs à eau pressurisée. La première génération de réacteur nucléaire construite en France (uranium naturel graphite gaz), la centrale de Brennilis (réacteur à eau lourd) et les réacteurs Phénix et Superphénix (réacteur à neutrons rapides refroidis au sodium) sont arrêtés depuis plusieurs décennies et leur démantèlement accumule les retards et les surcoûts. Cependant, les problématiques rencontrées sont inhérentes aux technologies de ces réacteurs et ne seront pas rencontrées pour le démantèlement futur des 58 réacteurs à eau pressurisée aujourd'hui en fonctionnement.

Cet article est adapté du travail que j'ai produit pour une vidéo () sur ma chaîne YouTube. Vous trouverez plus d'informations dans cette vidéo, notamment sur les différents types de déchets radioactifs. Vous pouvez aussi en consulter les sources ().

Pour en savoir plus : Chaîne YouTube Le Réveilleur, Sources Le Réveilleur.
Modifié le 21/11/2019 à 16h38
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