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Inventaire du plutonium

Les réacteurs actuels, qui utilisent un combustible à l'uranium, génèrent du plutonium dont le devenir est l'objet de préoccupations légitimes. Ce matériau hautement stratégique peut- être détourné pour faire des armes atomiques et sa radiotoxicité élevée est à prendre en compte s'il doit être stocké comme déchet.

L'inventaire de cet élément - c'est-à-dire le stock - sensible augmente au fil des ans, ainsi que celui des actinides dont le tonnage représente environ 10 % de celui du plutonium. Le parc français constitué de 59 réacteurs REP produit environ 10 tonnes de plutonium par an qui se retrouvent entreposés en piscine.

Flux annuels de plutonium en France
Chaque année environ 1200 tonnes de combustible sont introduits et déchargés dans les 59 réacteurs français de type REP , dont 1085 T de combustibles à l’uranium enrichi (UOX) et 115 T de combustibles mixtes contenant du plutonium (MOX). En sortie de réacteur, 850 T de combustibles à l’uranium sont retraités, la quantité nécessaire pour fournir le plutonium de 115 tonnes de MOX (ces 850 T passeraient à 1050 T dés 2010). Le plutonium contenu dans les 235 T d'assemblages UOX restants, usés mais non retraités, sont entreposées en piscine. Les 115 T de MOX ne sont pas retraitées et se retrouvent également en piscine
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Les réacteurs de seconde génération actuels n'ont pas été conçus pour brûler le plutonium. Si rien ne devait changer, le tonnage de plutonium accumulé atteindrait 670 tonnes en 2070. Des recherches en cours visant à stabiliser ou réduire cet inventaire. Les solutions les plus rapides à déployer pour freiner cette augmentation sont celles qui s'adapteraient au parc existant de réacteurs REP et viseraient à améliorer les performances des combustibles à base de plutonium.

Il avait été prévu de brûler le plutonium dans des réacteurs à neutrons rapides. Cette option, actuellement abandonnée, pourrait revoir le jour. Pour l'instant, un recyclage partiel du plutonium a été mis en œuvre en France. Des réacteurs REP ont été adaptés pour brûler usqu'à 30 % d'un combustible mixte (appelé MOX) comportant du plutonium. Cette pratique industrielle a l'avantage d'exister, mais elle est relativement peu efficace.

Passage en réacteur du MOX
La quantité de plutonium dans les assemblages MOX diminue peu au cours de l'irradiation dans un réacteur REP. Une partie du plutonium brûlé est remplacé par celui généré à partir de l'uranium. Dans cet exemple, on a considéré l'irradiation d'un combustible composé de 6,3 % de plutonium et de 93,7 % d'uranium appauvri. La diminution est de 14,7 kg de Pu par tonne de combustible. Comme la production de la même quantité d'énergie à partir d'un combustible à l'uranium (UOX) aurait produit 10 kg de plutonium, brûler une tonne de MOX réduit d'environ 25 kg l'inventaire du plutonium Les proportions des isotopes fissiles (Pu-239 et Pu-241) durant le passage en réacteur diminuant, le plutonium du MOX n'est pas actuellement recyclé, sa qualité s'étant dégradée.
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Durant le passage en réacteur, il se forme du plutonium en même temps qu'il s'en détruit. Ce nouveau plutonium n'est pas récupéré dans les assemblages de MOX irradiés qui sont entreposés en piscine.

Au total, ce monorecyclage ne réduit que de 13 à 10 tonnes par an environ la quantité de plutonium produite en France. Le coup de frein est modeste.

Recycler plusieurs fois le plutonium avec des assemblages MOX est techniquement possible mais n'est pas envisagé actuellement. Ce multirecyclage n'est pas jugé économique et surtout l'utilisation de ce plutonium recyclé perturberait suffisamment le fonctionnement des réacteurs REP, posant des problèmes de sûreté qui ne permettraient pas de poursuivre cet objectif.

Les réacteurs de troisième génération comme l'EPR se prêteraient plus facilement à ce recyclage, mais ce serait surtout les réacteurs surgénérateurs de quatrième génération (prévus vers 2040) qui seraient à même de réduire les stocks de plutonium. Certains de ces réacteurs auraient en effet besoin pour démarrer du plutonium généré pendant une quarantaine d'années par un réacteur en service aujourd'hui.

Il n'y a donc pas de fatalité à long terme pour que les inventaires augmentent toujours, mais Il faudra le moment venu une volonté politique.