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Déchets radioactifs : une famille très nombreuse

40 000 m3 de déchets radioactifs en France en 1990, un million de m3 inventorié en mars 2006, et presque deux millions prévus en 2020 : la France, avec un important parc nucléaire, génère beaucoup de déchets. Mais les centrales ne sont pas les seules à en produire. Une loi est en cours de discussion pour régler le sort des déchets les plus nocifs, même s’ils sont les moins nombreux.

Blocs de verreCette image nous montre des blocs de verres vitrifiés. Les plus récentes expérimentations démontrent que le verre est le meilleur cadre de confinement pour les déchets de haute activité. La vitrification est l’opération visant à solidifier, par mélange à haute température avec une pâte vitreuse, des solutions concentrées de produits de fission extraits par le traitement du combustible usé.
© D.Sarraute/CEA

"Toute activité humaine engendre des déchets", rappelle Charles Courtois, directeur de programmes pour la gestion des déchets au CEA. "Un euphémisme", concède-t-il, plus particulièrement valable pour l’industrie nucléaire française : avec 19 centrales nucléaires, totalisant 58 réacteurs, notre production d’électricité est à 80 % d’origine nucléaire. "Mais ces déchets-là, s’ils concentrent 99 % de la radioactivité totale, ne représentent qu’à peine 5 % du volume total des déchets radioactifs." Le reste ? Ferrailles de centrales en cours de démantèlement, gants d’agents de maintenance, marqueurs biologiques radioactifs, … : les déchets nucléaires forment une famille bien plus hétéroclite qu’on ne le croit. Ainsi, au côté du secteur "production d’électricité" - qui, tous types de déchets confondus, fournit les deux tiers des volumes -, un tiers des déchets provient des laboratoires de recherche, du secteur de la défense et de celui des industries non nucléaires.

Aujourd’hui, la France compte 856 sites où des déchets nucléaires sont produits, dont huit se trouvent en Essonne. Pour les déchets dont la durée de vie est courte, des centres de stockages existent. Mais pour les autres ? Anticipant la progression inéluctable des déchets radioactifs de moyenne et haute activité à vie longue, les plus dangereux pour l’environnement et la santé, le 30 décembre 1991 le Parlement a voté une loi portant sur leur gestion à long terme.

Schéma des déchets toutes catégoriesCe schéma représente l’origine des volumes de colis de déchets radioactifs de toutes catégories (faible à haute radioactivité, vie courte à vie longue). En 2004, l’Andra a publié le premier inventaire national des déchets radioactifs. Il permet notamment de situer la contribution de chaque secteur d’activité à la production de déchets nucléaires.
© ANDRA
À l’époque, la "loi Bataille", du nom de son rapporteur Christian Bataille (député PS du Nord), ne proposait pas de solution mais prévoyait que les recherches soient poursuivies selon trois axes qui permettent aux députés de se prononcer en ayant à leur disposition l’ensemble des données scientifiques. Les chercheurs devaient répondre aux trois questions suivantes : Comment réduire le volume et la toxicité de ces produits ? Peut-on les conserver dans des entrepôts qui seraient simplement légèrement enterrés ? Ou faut-il les enfouir dans des galeries creusées à 500 mètres de profondeur ? Le Parlement donnait quinze ans aux experts pour rendre leur copie.

Et nous voici… quinze ans plus tard, en 2006. Le 12 avril dernier, les députés ont voté en première lecture un projet de loi-programme. Ce texte énonce que la "solution de référence" (celle jugée pour l’instant la plus adéquate) est le stockage des déchets en profondeur. Sans pour autant abandonner les autres pistes de recherche : on ne sait jamais ce que la science nous réserve ! Dans quelques années, peut-être saura-t-on les rendre moins "encombrants"…

01.Tableau de famille

Tableau de classification des déchetsLes déchets radioactifs sont le plus souvent classés selon leur activité massique, c’est-à-dire selon la quantité d’éléments radioactifs contenus par unité de masse : une source de faible activité ne nécessite qu’une protection simple, une source de très haute activité demande une protection plus importante puisqu’elle émet beaucoup de rayonnements. Le dessin présente une échelle des niveaux d’activité en fonction du type de déchets (il s’agit d’ordres de grandeur et non d’une classification "rigide"). Pour les déchets de faible activité (FA) et de moyenne activité (MA) stockés au Centre de stockage de l’Aube, on emploie souvent la terminologie FMA (faible et moyenne activité).
© ANDRA
La famille des déchets nucléaires est pour le moins hétérogène. Ils sont classés selon deux paramètres : le niveau d’activité et la durée de vie (ou "période").

Le premier critère indique la quantité d’éléments radioactifs contenus par unité de masse et mesuré en becquerels. On trouve ainsi des produits (gravats, ferrailles) dont la radioactivité ne dépasse pas quelques becquerels/gramme (Bq/g), un taux plus faible que celui du radon (naturellement radioactif) trouvé dans le granit breton ! D’autres déchets, essentiellement des produits de fission issus des centrales nucléaires, concentrent en un milligramme plusieurs milliards de becquerels.

Le second paramètre définit la durée de nuisance potentielle de ces déchets : certains ont une durée de vie (ou "période") dite "courte", moins de trente ans (le césium 137 par exemple) ; tandis que d’autres ont une durée de vie "longue", souvent de l’ordre du millier ou du million d’années (4,5 milliards d’années pour l’uranium 238, élément radioactif présent dans la nature).

Les rayonnements émis par les éléments radioactifs peuvent atteindre l’homme par irradiation externe, inhalation, ingestion de substances radioactives ou par contact avec la peau. Une forte irradiation par des rayonnements ionisants provoque des effets immédiats sur les organismes vivants, par exemple des brûlures. Le niveau de dose absorbé détermine la gravité des effets. C’est pourquoi, la composition des déchets, et donc leur toxicité, déterminera leur conditionnement. Les particules alpha sont arrêtées par une simple feuille de papier, les particules bêta par une feuille d’aluminium, les rayonnements X et gamma par une forte épaisseur de béton ou de plomb ; quant aux neutrons, il faut au moins du béton, de l’eau et/ou de la paraffine pour les empêcher de se disperser dans l’environnement ! Selon les cas, on enferme donc les déchets dans du verre, du ciment, dans des caissons métalliques où l’on injecte du mortier…

Reste à les stocker ! Cette fois, ce n’est pas tant la toxicité des déchets qui importe que leur durée de vie. Doit-on laisser aux futures générations des colis bien visibles en surface ? Est-il préférable de les enfouir, au risque d’avoir oublié dans quelques centaines d’années qu’à 500 mètres de profondeur se trouvent des produits encore fortement radioactifs ?

Pour l’instant, tous les déchets sont stockés en surface. À chacun son centre selon sa durée de vie. L’usine Cogema de la HagueVue aérienne de l'usine de traitement des combustibles usés Areva (ex Cogema) à la Hague. L'usine de retraitement de la Hague est un centre de recyclage dans lequel on traite le combustible utilisé dans les réacteurs nucléaires appartenant à la France, au Japon, à l’Allemagne, à la Belgique, à la Suisse et aux Pays-Bas pour en séparer les différents éléments radioactifs. Elle a une capacité industrielle de traitement de 1 700 tonnes de combustibles usés par an. À la sortie du réacteur, un combustible nucléaire usé contient environ 97 % de matière énergétique recyclable (96 % d’uranium et 1 % de plutonium) et 3 % de résidus ultimes non réutilisables.
© AREVA

- Les TFA (très faiblement radioactifs) viennent de trouver un hébergement à Morvilliers, dans l’Aube (voir chapitre 2). Ce sont des éléments ayant une activité comprise entre 1 becquerel/gramme (Bq/g) (le niveau moyen de la radioactivité naturelle) et 100 Bq/g.
- Les déchets de faible activité à vie courte (FAVC) et de moyenne activité à vie courte (MAVC) sont stockés dans la Manche, à côté de l’usine de la Hague - un centre déjà plein comme un œuf -, et dans l’Aube à Soulaines.
- En revanche, le sort des déchets à faible activité et vie longue (FAVL), dont la radioactivité varie de 0,1 à 10 millions de Bq/g, est encore incertain. On y trouve principalement des "radifères" : "issus de l’industrie du radium et de ses dérivés, active dans la première moitié du XXe siècle, ou de certaines industries chimiques, les déchets radifères présentent une assez faible activité, mais ont une durée de vie très longue. En outre, les éléments radioactifs qu’ils contiennent produisent, en se désintégrant, du radon, un gaz radioactif naturel dont il est nécessaire d’éviter l’accumulation" souligne l’ASN (Autorité de sûreté nucléaire).

Viennent ensuite les déchets concernés par la loi Bataille, en attente d’un site de stockage :
- Les déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL) : ils sont issus notamment des boues (déchets solides) issues du traitement des effluents, des gaines et des coques entourant le combustible usé, de la maintenance courante des usines de production. Ils présentent une radioactivité de l’ordre de la centaine de millions de Bq/g. Pour l’instant, 45 500 m3 de colis (l’équivalent de 25 piscines olympiques environ) sont déjà conditionnés dans des fûts de bitume ou de ciment, à l’usine de la Hague (Manche) ou à Marcoule (Gard).
- Les déchets à haute activité et à vie longue (HAVL) concentrent 92 % de la radioactivité. Ils ont des niveaux d’activité de plusieurs milliards de Bq/g. Ce sont typiquement les produits de fission nés dans les réacteurs nucléaires (actinides, césium…). Ils sont gardés sous forme de colis vitrifiés à l’usine de la Hague et à Marcoule, dans des puits ventilés pour éviter les effets liés à la surchauffe, - le rayonnement radioactif s’accompagne en effet d’un dégagement de chaleur permanent. Selon EDF les volumes de ces déchets radioactifs à vie longue occupent l’équivalent d’une piscine olympique (2000m3). Ils seront sans doute enfouis dans une galerie comme celles expérimentées à Bure (dans la Meuse), à 500 mètres de profondeur (voir chapitre 3).

02.Plus ils sont faibles, plus ils sont nombreux

Schéma d’ordre de grandeur des volumes© ANDRAEn avril 1993, l’usine des réveils Bayard, en Haute-Normandie, défraie la chronique. L’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs) révèle que dans cette friche industrielle onze fûts enfermant des déchets radioactifs - essentiellement du radium 226 et du tritium, employés comme peinture luminescente des aiguilles - et vingt-sept bonbonnes de liquide chargé en tritium traînent pêle-mêle, sans aucune surveillance ou signalisation particulière. Pis encore, des analyses indiqueront que des centaines de mètres cubes de terre sont pollués, toujours par ce radium 226. L’Essonne n’échappe pas à la règle, avec la décharge de Saint-Aubin où, jusqu’en 1990, sont déversés des kilos de radioéléments artificiels...

Centres de stockage de l’AubeVue aérienne des centres de stockage de déchets radioactifs de l’Aube, les plus grands en surface au monde. Au premier plan le centre de stockage des FMA et au second plan le centre des TFA. Ils sont prévus pour réceptionner l'ensemble des déchets français de faible et moyenne activité (FMA) à vie courte, c'est-à-dire dont la radioactivité décroît de moitié en 30 ans (demi-vie inférieure à 30 ans). Il faut 300 ans pour que ces déchets perdent l'essentiel de leur radioactivité. Ces déchets proviennent principalement de l'industrie nucléaire (blouses, bottes, gants ayant servi à des manipulations radioactives, pièces mécaniques...) mais aussi d'autres secteurs comme l'industrie ou la recherche.
© P.Bourguignon/ANDRA
Tous ces cas sont exemplaires d’une situation longtemps restée sans solution : la gestion des déchets de très faibles activités (TFA). Mais cette gestion reste compliquée car nombre de producteurs de TFA considèrent ces résidus comme pratiquement inoffensifs, tant leur taux de radioactivité semble négligeable. "Même faible, le risque que représente un becquerel n’a jamais été éliminé par les experts, au premier rang desquels on trouve les membres de la Commission internationale de protection radiologique (CIPR)," rappelle pourtant l’ASN qui assure, au nom de l’État, le contrôle de la sûreté nucléaire et de la radioprotection en France.

Depuis l’été 2004, un centre de stockage a ouvert à Morvilliers (Aube). Il devrait vite être encombré, même s’il a tout de même aujourd’hui une capacité prévue de 600 000 m3. En effet, chaque année la France produit plus de 35 000 m3 de ces TFA, dont 30 000 pour la seule maintenance des centrales. Le reste provient des hôpitaux, des laboratoires de recherche et de certaines usines. À partir de 2015, le démantèlement du parc nucléaire d’EDF tournera à plein régime, générant des quantités très importantes de TFA. Par exemple, pour le seul réacteur de Brennilis (Finistère), première usine qu’EDF a commencé à démanteler en 2006, le chantier devrait engendrer plusieurs dizaines de milliers de m3 de béton, 1 300 tonnes de ferrailles et 700 m3 de calorifuges, qui enveloppent l’enceinte étanche du réacteur. Quand l’ensemble des 58 réacteurs français auront subi le même sort que Brennilis, nos descendants auront à gérer une montagne de quelques 16 millions de tonnes de TFA, selon l’ASN.

03.Où stocker les déchets les plus radioactifs ?

Schéma du laboratoire de recherche souterrain de Bure en Haute-MarneLa vocation du laboratoire de recherche souterrain de Meuse/Haute-Marne, à Bure, est l’étude de la faisabilité d’un stockage géologique profond des déchets de haute activité et à vie longue, en formation argileuse. Deux puits ont été creusés à 490 mètres de profondeur.
© ANDRA
Le devenir des déchets de haute et moyenne activité à vie longue (HAVL et MAVL, voir chapitre 1) se trouve sur terre ou sous terre. Sur terre, c’est l’entreposage de surface. "Les entrepôts actuels, appelés aussi 'installations nucléaires de base', ont une durée de vie d’une quarantaine d’années et l’on suit régulièrement leur vieillissement, explique Charles Courtois, du CEA. Ces quinze dernières années, la question a été de savoir si l’on pouvait les prolonger. La réponse est : jusqu’à 100 ans, oui sans qu’il n’y ait de conséquence. Une maintenance accrue et une surveillance particulière sont par contre nécessaires." Et au-delà ? "Nous devrons augmenter la robustesse de l’entrepôt, précise l’expert. Concrètement, cela se traduit par des murs de béton plus épais pour le bâtiment d’entreposage. Mais, dans tous les cas, on ne peut pas se passer d’une surveillance de l’environnement et d’une maintenance des bâtiments."Puits d’accès de 400 m de profondeur, à BureAu laboratoire de recherche souterrain sur le stockage des déchets radioactifs de Bure, deux puits assurent la liaison entre la surface et les installations souterraines : le puits principal d’accès, de 5 m de diamètre, est utilisé pour le transport du personnel et du matériel et la ventilation du laboratoire. Le puits auxiliaire, de 3 à 5 m de diamètre, sert d’issue de secours et de retour d’air. Deux tours abritent les équipements de surface des deux puits.
© ANDRA
Idéalement, cet entreposage devrait être de sub-surface, c’est-à-dire creusé à flanc de colline. "La vingtaine de mètres séparant les colis de l’extérieur servent de bouclier pour se prémunir, par exemple, de la chute d’un avion", explique Charles Courtois.

Autre solution envisagée, le stockage en profondeur. À Bure, dans la Meuse, deux puits ont été creusés, avec des galeries courant à 500 mètres sous terre. Ce site est d’abord un laboratoire de recherche grandeur nature, dirigé par l’Andra. Depuis quelques années, y sont testées les propriétés de l’argile comme barrière géologique dans le confinement de la radioactivité. Que se passerait-il en cas de fuite des colis et d’arrivée d’eau dans les galeries ? C’est ce type de situation qu’envisagent les scientifiques. Les résultats, pour l’instant, sont relativement concluants. Peu d’eau circule dans les couches d’argile du sous-sol de Bure, et ce terrain est très stable, peu susceptible d’être atteint par une activité sismique.

La bonne surprise vient du comportement à long terme des colis, selon Charles Courtois : pour comprendre comment évolueront les déchets de haute activité, actuellement conservés dans des colis vitrifiés, "nous avons d’une part récupéré des échantillons de verres de la Rome antique, vieux de 2000 ans, puis observé dans les colis actuels certains phénomènes physico-chimique comme le réarrangement moléculaire dans le verre, et nous avons intégré ces différentes observations à des modèles. Cela nous a permis de mieux comprendre ce qui se passerait si les colis se retrouvaient inondés : le verre se dissout lentement, mais il se forme en même temps une sorte de gel, qui confine la radioactivité."

Que l’on retienne comme solution le stockage en profondeur ou l’entreposage, l’encombrement au sol sera similaire : 500 hectares pour les HAVL et 100 hectares pour les MAVL. Ces derniers prennent moins de place parce qu’ils dégagent moins de chaleur. Les députés décideront, mais semblent aujourd’hui s’orienter vers le stockage en profondeur.

04.Réduire les volumes des déchets les plus nocifs

Blocs de verreCette image nous montre des blocs de verres vitrifiés. Les plus récentes expérimentations démontrent que le verre est le meilleur cadre de confinement pour les déchets de haute activité. La vitrification est l’opération visant à solidifier, par mélange à haute température avec une pâte vitreuse, des solutions concentrées de produits de fission extraits par le traitement du combustible usé.
© D.Sarraute/CEA
Réduire les volumes des déchets nucléaires est l’un des objectifs inscrits dans la loi Bataille. Aiguillonnés par cette obligation légale, Areva (ex Cogema), société qui exploite le centre de retraitement de la Hague (Manche), et le Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) se sont attelés à la tâche. "Notre démarche répond aussi à une logique économique, tient à ajouter Charles Courtois, du CEA. Moins les volumes sont importants, moins leur gestion coûte cher." Résultat : aujourd’hui on conditionne dans un colis six fois plus de déchets à haute et moyenne activité, et à vie longue - les HAVL et les MAVL - qu’il y a quinze ans.

Le travail des chercheurs a d’abord porté sur le conditionnement des déchets. "Nous avons abandonné en grande partie le bitumage, au profit de la vitrification, en concentrant les déchets avant conditionnement, ce qui a permis une réduction de volume. Nous avons aussi arrêté de cimenter les gaines et les embouts qui entourent les pastilles de combustibles radioactifs, pour s’orienter vers le compactage de ces déchets métalliques : par rapport à la cimentation, cela permet encore de réduire les volumes" explique Charles Courtois.

Mais l’objectif est également de réduire la durée de vie et la radioactivité des combustibles usés eux-mêmes. Et de diminuer cette fois radicalement les volumes de déchets à gérer. Le principe fait rêver : à l’image des alchimistes transformant le plomb en or, les merlins modernes tentent de changer l’américium ou le neptunium en des produits moins "encombrants". Ce par une technique de séparation - dont les essais montrent des résultats très encourageants -, suivie d’une technique dite de transmutation, qui n’a pas encore abouti industriellement. Le travail de recherche suit son cours, mais la Commission nationale d’évaluation, une instance indépendante qui expertise les recherches réalisées autour de la loi Bataille, est pessimiste. Dans son rapport 2005, elle écrit : "Il n’y a pas d’arguments décisifs pour prendre une décision de nature scientifique, technique ou industrielle sur la transmutation, [qui se trouve inscrite] dans un long processus de R&D (Recherche et Développement) de plusieurs décennies, avec l’incertitude inhérente aux grands projets nucléaires actuels."

05.Au cœur des colis

SAPHIR, l’accélérateur d’électronsQualification de fûts de déchets dans l'accélérateur SAPHIR SAPHIR (Système d’Activation Photonique et d’Irradiation) permet de caractériser au moyen d’un accélérateur et de manière non intrusive et non destructive, la composition radiologique des colis de déchets nucléaires.
© A.Gonin/CEA
Mieux vaut connaître qui l’on accueille chez soi. Telle pourrait être la devise de ceux qui gèrent les déchets nucléaires. Problème : quand les matières radioactives sont livrées dans un centre de stockage, elles arrivent généralement déjà conditionnées dans des colis de béton et de verre. Difficile alors de vérifier si ce qui se trouve à l’intérieur est conforme aux informations fournies par le producteur. "Être capable de caractériser précisément un colis est une condition indispensable à la bonne gestion des déchets nucléaires, explique Yves Bourlat, adjoint au directeur du CEA de Saclay (Essonne). Il en va de la rigueur d’utilisation des différentes catégories de centres de stockage."

Une équipe de recherche du CEA, le Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies ("), dispose depuis 2001 d’un outil baptisé SAPHIR. Il permet de voir dans les entrailles du colis, grâce à un accélérateur d’électrons qui permet de réaliser une "radiographie en trois dimensions". Les photons, produits indirectement par cet appareil, pénètrent au cœur du colis, provoquent des réactions avec les atomes (des noyaux lourds radioactifs) que l’on cherche à mesurer, avant de déboucher sur une émission de photons et de neutrons. Leur mesure permet d’estimer la quantité de ces atomes et leur position à l’intérieur d’un colis : par exemple, 0,6 gramme d’uranium 238 situé à 70 cm de la base du colis, 0,3 g de plutonium à 55 cm. SAPHIR donne une information au millionième près : un gramme de radionucléide coulé dans une tonne de béton est ainsi repéré. De plus, le colis n’est pas abîmé et aucun nouveau déchet n’est généré par l’analyse.
Après cinq années d’expérimentations, le temps est venu de la validation. Schéma de SAPHIR(1) Les photons pénètrent dans le colis et sont absorbés par les noyaux des atomes ; (2) Les noyaux entrent en résonance et deviennent instables ; (3) Les noyaux fissiles peuvent se scinder en deux en produisant des neutrons, des photons et deux produits de fission ;(4) Ces derniers aussi sont instables et peuvent émettre d'autres neutrons et photons. La détection des neutrons et photons émis au cours de ces réactions signale la présence de matière fissile dans le colis.
© D. Hadjiyannakis/CEA
Pour cela, l’équipe du LIST a besoin de colis plus proches de la réalité que ceux ayant servi jusque-là de tests. Des colis présentant une activité comprise entre 3,6 milliards de becquerels (GBq) et 1420 GBq. Et comme le laboratoire va recevoir des matières plus radioactives que précédemment, il bascule dans le statut administratif des Installations classées pour l’environnement (ICPE), soumises à autorisation.

Aussi, conformément à la loi, une enquête publique a-t-elle été organisée. Elle s’est déroulée suivant un processus des plus classiques : le dossier sur les aspects "conséquences environnementales et sanitaires" a été validé techniquement par la Direction Régionale de l’Industrie, de la Recherche et de l’Environnement (DRIRE), puis rendu consultable par le public des communes avoisinantes durant un mois (entre le 23 janvier et le 23 février 2006). Le tout sous l’autorité politique du Préfet. "La seule modification apportée à l’installation a été la mise en place d’un filtre à très haute efficacité, afin de prévenir tout risque de rejet radioactif en cas de chute d’un colis dans l’installation", précise Medhi Gmar, ingénieur en charge des recherches sur cette installation.
Fin mars 2006, le commissaire enquêteur, tenant compte des remarques déposées au cours de l’enquête, a adressé son rapport au Préfet, avec un avis favorable.

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