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Colis combustibles usés



Enfouir le combustible usé : des échéances lointaines.

Les assemblages de combustibles usés sortis des réacteurs sont des matières très radioactives. Dans un grand nombre de pays, il est envisagé de les considérer comme des déchets ultimes auquel cas il faudra les stocker un jour dans de grandes installations souterraines. Ces matières radioactives contiennent environ 1% de plutonium. Une fois enfouies elles dégageront 10 fois plus de chaleur que les déchets vitrifiés (obtenus après en avoir extrait le plutonium) et ce dégagement sera intense plus longtemps.

Les échéances pour de telles installations sont encore très lointaines. Dans la plupart des pays, il est question de 2040 voire 2050. Deux petites nations, la Suède et la Finlande, sont les plus avancées et envisagent la construction d'un centre de stockage vers 2020.

Conteneurs pour Yucca Mountain
Cette coupe d’une galerie du projet du site de stockage de Yucca Mountain, dans le désert du Nevada, montre trois types de conteneurs de déchets : assemblages de combustibles pour réacteurs à eau pressurisée et à eau bouillante (au premier et à l’arrière plan), colis de déchets de haute activité (plan médian). On remarquera en bleu les boucliers en titane destinés à protéger les conteneurs de l’eau qui dégoulinerait du haut de la galerie. Le climat est désertique, mais les couches de tuff (cendres compactées) de Yucca-Mountain n’ont pas l’imperméabilité de l’argile. Cela a été une des raisons de l'abandon du projet.
OCRWM/DOE

Les Etats-Unis auraient dus être les premiers à disposer d'un tel centre à Yucca Montain dans le désert du Névada. Le projet a été abandonné en 2009. Bien qu'avorté, le projet américain de stockage de combustibles usés illustre à quoi pourrait ressembler un tel stockage et quels seraient les problèmes à résoudre.

Les conteneurs de déchets se doivent d'assurer le confinement des matières radioactives pendant une période prolongée. Les conteneurs sont constitués de deux cylindres métalliques épais résistants à la corrosion, un cylindre interne en acier inoxydable et un cylindre externe en alliage de nickel. Un bouclier en titane autour des colis empêche les gouttes d'eau et des débris d'atteindre les colis.

Le conteneur de déchets devait reposer sur un "invert", structure en acier remplie de roche volcanique broyée, dont le rôle serait de ralentir le mouvement vers la roche des particules radioactives sortant un jour des conteneurs. Par ailleurs, à l'intérieur de ceux-ci, les pastilles de combustible sont isolées de l'extérieur par de longues gaines en alliage de zirconium. Les atomes lourds comme l'uranium et le plutonium sont en principe peu mobiles.

Un concept de stockage de combustible usé
La figure montre un concept de stockage géologique de combustibles usés envisagé pour le projet de Yucca Mountain.
DOE

Les obstacles naturels du site et son éloignement dans un désert étaient censés fournir une dilution importante des matières radioactives pouvant être relâchées du stockage. La roche solide devait ralentir le transport de matières radioactives s'échappant des conteneurs de déchets et l'emplacement éloigné devait minimiser l'impact sur les populations humaines de toute matière radioactive en provenance de l'installation.

Selon le Département de l'Energie américain, le DOE, la conception du stockage et des barrières ouvragées étaient à même d'isoler géologiquement des déchets hautement radioactifs pendant des milliers d'années. Néanmoins, l'intense chaleur et radioactivité du combustible usé pouvaient éventuellement rompre l'étanchéité des conteneurs de déchets. En dépit des barrières géologiques et d'ingénierie, il y eut donc une controverse considérable sur la capacité de cette installation à isoler totalement les déchets hautement radioactifs pendant des milliers d'années.

Sur-conteneur suédois KBS-3 en cuivre
Dans le dispositif suédois, les ingénieurs ont érigé 5 barrières pour retarder la migration des atomes radioactifs : 1) la matière des pastilles d'oxyde d'uranium ; 2) les gaines métalliques des crayons de combustible qui enrobent ces pastilles ; 3) un cylindre en fonte qui ensère les assemblages de crayons ; 4) un épais cylindre en cuivre qui sert de revêtement extérieur au cylindre de fonte ; 5) une argile gonflante, la bentonite, imperméable à l'eau, qui entoure le cylindre en cuivre et fixe les radioéléments.
SKB

La Suède possède un petit parc de 4 réacteurs. Première nation à avoir envisagé sortir du nucléiare dans les années 1980, elle est en passe de construire le premier centre de stockage pour combustibles usés. La Finlande la suit de près.

La Suède, qui n’a pas l’intention de retraiter ses combustibles usés, a mis au point un procédé de stockage. Le concept suédois, appelé KBS-3, consiste à placer le combustible usé dans un long conteneur étanche en fonte entouré de cuivre, le tout étant stocké à 500 m de profondeur dans le granit. Les sur-conteneurs destinés à être stockés dans le granit, seule formation géologique disponible en Suède, seront logés dans des alvéoles comblées par de la bentonite, une argile gonflante qui, une fois saturée d'eau, est totalement imperméable, ce qui permettra d'empêcher la circulation naturelle d'eau dans le granit d'atteindre les colis.

La bentonite sera utilisée également pour sceller les galeries et alvéoles. Des expérimentations sont en cours au laboratoire souterrain d'Aspö, pour valider les divers aspects de ce stockage.