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Scénarios déchets (SFR)



Production de plutonium et d'actinides mineurs avec des SFR

Les réacteurs nucléaires constituent une source puissante et régulière d’énergie par opposition aux énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien qui sont intermittentes et dispersées. Ne générant pas d’effets de serre, cette forme d'énergie est probablement amenée à se maintenir - sinon à se développer - en attendant l’alternative lointaine de la fusion nucléaire qui pourrait arriver au plus tôt dans un demi-siècle. Le parc des réacteurs français, encore jeune, sera amené à se renouveler progressivement, à l’horizon 2020.

Un des enjeux du renouvellement de ce parc par des réacteurs de génération IV est la quantité de plutonium et d'actinides mineurs que ces réacteurs produiront. Ces matières sont sensibles, car si elles sont valorisables et peuvent produire beaucoup d'énergie, elles constituent des déchets radioactifs de haute activité à vie longue si elles ne sont pas exploitées. Peut-on espérer contrôler et éventuellement maîtriser la production de ce plutonium et de ces actinides mineurs ? En dépit des incertitudes du futur, peut-on évaluer l’impact à l’échelle d’une centaine d’années des choix faits aujourd’hui ?

Scénario d’évolution du parc de réacteurs
Selon ce scénario de déploiement à énergie constante qui va jusqu’en 2050, le parc de réacteurs REP français serait progressivement remplacé de 2020 à 2040 par des réacteurs EPR de troisième génération puis à partir de 2040 par les premiers réacteurs de quatrième génération, des réacteurs à neutrons rapides au sodium (SFR). Ces SFR sont des réacteurs isogénérateurs, c’est à dire qu’ils régénèrent leur combustible. De 2080 jusqu’en 2100, ils remplaceraient complètement le parc des EPR.
CEA

Le cadre de la loi française et les réacteurs rapides au sodium (SFR)



La loi du 28 juin 2006 sur les déchets stipule que " les recherches et études relatives aux déchets de haute activité à vie longue seront poursuivies selon les trois axes complémentaires, dont le premier est la séparation et la transmutation des éléments radioactifs à vie longue". Elle précise : "Les études et recherches correspondantes sont conduites en relation avec celles menées sur les nouvelles générations de réacteurs nucléaires […] ainsi que sur les réacteurs pilotés par accélérateur dédiés à la transmutation des déchets, afin de disposer, en 2012, d'une évaluation des perspectives industrielles de ces filières et de mettre en exploitation un prototype d'installation avant le 31 décembre 2020 ".

Dans ce cadre, le CEA, en partenariat avec AREVA et EDF, réalise des études de prospectives, (études de « scénarios »), afin d’estimer l’évolution des inventaires en plutonium et actinides mineurs à partir d’hypothèses plausibles sur le renouvellement du parc de réacteurs. Le but de ces études est de fournir des éléments comparatifs entre les différentes stratégies de renouvellement du parc et les différentes possibilités de gestion des matières radioactives.

Ces études de scénarios considèrent notamment le renouvellement du parc REP à partir de 2020 par des EPR puis en 2040 par des (Réacteurs à Neutrons Rapides ) de IVème génération du type SFR refroidis au Sodium (Sodium Fast Reactor) . Puis à partir de 2080, le parc des EPR serait à son tour renouvelé pour être constitué à 100% de RNR.

La France a actuellement retenu les réacteurs à neutrons rapides au sodium comme option de référence pour les réacteurs de quatrième génération . Cette filière de réacteurs surgénérateurs produit au moins autant de plutonium qu’elle n’en consomme et peut brûler une partie de ses déchets. Son combustible serait un mélange d’oxyde d‘uranium et de plutonium. Les actinides mineurs pourraient être extraits du combustible, puis multi-recyclés, notamment dans des couvertures disposées autour du cœur.

Deux scénarios de recyclage du plutonium et ldes actinides mineurs (AM)



L’étude envisage deux scénarios qui différent à partir de 2038. Cette date serait celle du début de la séparation des actinides mineurs à l’usine de retraitement, qui précéderait le déploiement des SFR.

Dans le premier scénario, seul le plutonium serait recyclé dans le cœur des SFR qui serait simplement régénéré, les actinides mineurs et les produits de fission étant envoyés aux déchets.

Scénario I : Recyclage du plutonium seul
Ce cycle du combustible correspond au scénario de recyclage du seul plutonium, les actinides mineurs allant aux déchets. Il serait mis en place lors du déploiement des réacteurs de génération IV au sodium (SFR) qui remplaceraient progressivement les réacteurs EPR à partir de 2040. Il faudrait alors fabriquer deux types de combustibles, les SFR étant alimentés par un combustible fabriqué à partir du plutonium et de l’uranium issus du retraitement des combustibles usés alors que les EPR le seraient à partir de combustibles à l’uranium (UOX) ou du type MOX.
CEA

Dans le second scénario, le multi-recyclage du plutonium dans le cœur des SFR serait complété par celui des actinides mineurs placés en couverture, les produits de fission étant seuls envoyés aux déchets. Ce scénario implique la séparation de ces actinides dans l'usine de retraitement avant leur transmutation en réacteur.

Scénario II : Recyclage du plutonium + actinides mineurs
Le recyclage des actinides mineurs en plus du plutonium – le second scénario - complique le cycle du combustible. Les actinides mineurs, extraits des combustibles usés lors du retraitement, sont incorporés dans des « couvertures » entourant le cœur des réacteurs SFR, où ils seront transmutés, le plutonium suivant le même chemin que dans le premier scénario. Les couvertures après leur passage en réacteur, passent comme les autres combustibles usés par l’usine de retraitement. Les déchets ultimes destinés au stockage sont pratiquement réduits aux seuls produits de fission.
CEA

(NB : Un troisième scénario, non présenté, consiste à recycler parmi les actinides seulement l’américium, autres actinides mineurs (neptunium + curium) étant envoyés aux déchets avec les produits de fission : l’américium est le principal contributeur jusqu’à 1000 ans à la radiotoxicité et à la chaleur dégagée des colis de déchets.)

SUITE (Résultats)

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Source : Analyse comparative de différents scénarios de transmutation étudiés dans le cadre de la loi française sur la gestion des déchets nucléaires, par Christine Coquelet et al - Revue Générale Nucléaire, 2009, N°6,73