09 Juil, 2020

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur la gestion des déchets nucléaires (sans oser le demander) !

09 Juil, 2020

Déchets MA-VL et HA issus des combustibles irradiés en centrales nucléaires

L’un des défis majeurs de l‘énergie nucléaire réside dans la gestion et le stockage des déchets nucléaires de haute activité et à vie longue. En effet ils restent dangereusement radioactifs pendant des centaines de milliers d’années (généralement 200 000 ans) et nécessitent un traitement particulier, régulé par les états, garant de la sécurité publique. En France, les déchets nucléaires sont gérés par l’ANDRA. Ils sont classés selon deux caractéristiques principales: leur dangerosité et leur durée de vie. Ces caractéristiques sont déclinées en six catégories de déchets. Dans cet article, nous nous intéressons plus particulièrement aux deux catégories suivantes:

  • les déchets de Moyenne Activité à Vie Longue (MA-VL)
  • les déchets de Haute Activité (HA)

Les MA-VL proviennent majoritairement des structures de maintien du combustible nucléaire, e.g. les gaines des assemblages combustibles en zircaloy. Ces déchets sont compactés afin d’en réduire le volume, puis conditionnés dans des colis métalliques ou en béton. Ils représentent 3 % en volume de la totalité des déchets nucléaires produits en France.

Les HA proviennent du traitement du combustible usé. Ce sont des résidus non réutilisables comme les actinides, ou les produits de fission. Ils sont calcinés puis vitrifiés. Le mélange verre-déchet (3% de déchet, 97% de verre, en masse) est conditionné dans des colis en acier inoxydable qui sont parfois placés dans un deuxième conteneur en acier. Ces déchets HA représentent 0.2 % en volume de la totalité des déchets nucléaires produits en France. Ils concentrent 96 % de la radioactivité.

Ces deux catégories de déchets (MA-VL et HA) représentent une faible portion de la masse ou du volume total des déchets nucléaires. Cependant, ils ont des périodes de plusieurs centaines de milliers d’années, ainsi qu’une toxicité très importante. Ils sont tous issus du combustible usé. Une solution à l’étude est le stockage réversible en profondeur.

Gestion des  déchets MA-VL et HA

La gestion de ces déchets se décompose en deux phases :

  1. L’entreposage : Il est temporaire et basé sur le principe d’évacuation thermique continue permettant le refroidissement des combustibles irradiés.
  2. Le stockage: Il est définitif et basé sur le principe de décroissance des niveaux de radioactivité des combustibles irradiés.

Nous vous proposons dans cet article, un tour d’horizon de ces deux phases de gestion, leur principe de fonctionnement et leurs limites dans une perspective de développement durable.

Entreposage temporaire des déchets radioactifs

Nous distinguons deux catégories pour les systèmes d’entreposage temporaire: en piscine et à sec.

L’ Entreposage en piscine

  • PRINCIPE

Une fois déchargés du réacteur, les éléments combustibles irradiés sont entreposés pendant au moins cinq ans dans des piscines d’eau situées dans le même bâtiment abritant le réacteur nucléaire. Chacun de ces éléments combustibles est conservé dans des cellules disposées en maillage au fond des piscines.

  • PISCINE D’ENTREPOSAGE

Les piscines sont construites en béton armé et leurs parois sont recouvertes d’acier soudé. Elles sont conçues pour éviter les fuites et résister aux événements extérieurs. L’eau des piscines remplit la fonction principale de refroidissement du combustible nucléaire irradié dans les premières étapes de sa désintégration radioactive. Ce processus permet l’évacuation continue de la chaleur résiduelle générée par le combustible.

 

Piscine de Stockage Areva – Orano

 

  • INERTIE THERMIQUE ET BLINDAGE RADIOLOGIQUE

Grâce à la forte transmission de chaleur dans l’eau et à sa grande capacité calorifique, ce système offre une inertie thermique élevée et maintient la gaine du combustible (alliage de zircaloy) bien en dessous de son point de fusion. Cela permet de conserver la première barrière de confinement contre la dispersion radioactive intacte. D’autre part, l’eau des piscines constitue également un bon blindage radiologique contre les radiations émises par le combustible irradié.

L’ Entreposage à sec (non utilisé en France)

  • PRINCIPE

Cet entreposage temporaire -de moyen à long terme- est un système conçu pour loger le combustible usé et les déchets hautement radioactifs dans le même pays pour une période donnée (max. 100 ans).

  • STRUCTURE D’ENTREPOSAGE

Généralement, les déchets sont entreposés dans des containers métalliques, en béton ou dans des voûtes avec des systèmes spécifiques d’évacuation de chaleur. Ceci n’est possible qu’après une période de refroidissement préalable dans les piscines des centrales nucléaires (voir plus haut). Les installations d’entreposage temporaire sont situées en surface ou à une profondeur relativement faible. Elles peuvent être localisées sur le site de la centrale ou à l’extérieur de celui-ci. Dans ce dernier cas l’entreposage peut regrouper des combustibles irradiés d’un ou plusieurs EPR.

  • UN BLINDAGE ANTI-RADIATION

Ces installations sont constituées d’une structure en béton offrant un blindage contre les radiations et une sécurité anti-intrusion.

  • LIMITE

Cette solution ne peut en aucun cas être considérée comme définitive, ni prolongée indéfiniment.

Stockage

  •  LE DÉPÔT EN COUCHES GÉOLOGIQUES

Cette solution consiste à isoler les déchets par l’interposition d’une série de couches dans des installations de stockage à des profondeurs de l’ordre de 500 mètres environ. Les déchets sont d’abord introduits dans des conteneurs métalliques extrêmement épais, résistants à la corrosion et à d’autres formes de dégradations pendant de nombreuses années. Ils sont ensuite évacués dans des galeries creusées dans des formations géologiques stables, et entourées d’un terrain peu perméable, à forte capacité de rétention.

 

stockage-mavl-ha-schema-stockage-Cigeo-blog-daes

Stockage MA-VL HA – Schéma Cigéo

 

Le confinement et l’isolement des déchets sont assurés par différents éléments :

  1. le conteneur dans lequel les déchets sont introduits avant leur placement dans l’alvéole de stockage définitif.
  2. dans certains cas le surconteneur : complément de colisage étanche permettant de transformer les colis primaires de déchets vitrifiés en colis d’entreposage ou de stockage.
  3. la barrière naturelle que constitue la roche réceptrice.

 

  • PRINCIPE DE STOCKAGE DÉFINITIF

La caractéristique déterminante du stockage définitif, par opposition à l’entreposage temporaire, est que l’objectif de récupération des déchets n’est pas systématique. En d’autres termes, l’installation d’élimination des déchets est fermée et scellée sans qu’il ne soit forcément nécessaire de disposer d’une installation d’exploitation supplémentaire en surface.

  • LA RÉCUPÉRATION DES DÉCHETS EN QUESTION

En tout état de cause, il est toujours possible de garder l’installation de stockage et son environnement sous surveillance aussi longtemps que cela est jugé nécessaire. L’installation peut être conçue de manière à ce que les déchets stockés puissent être récupérés à l’avenir. L’ANDRA envisage la réversibilité de l’installation en stockage profond pour une période de 100 ans.

  • LIMITES

Le stockage en couches géologiques profondes requiert des démonstrations de sûreté concernant :

  • Le vieillissement des colis de déchets enfuis sur plusieurs milliers d’années. Il s’agit de prouver que la roche permettra la rétention des espèces radioactives lorsque la corrosion aura endommagé l’emballage.
  • La résistance aux événements géologiques comme les séismes.
  • La mémoire du lieu d’enfouissement des déchets. Se souvenir de la localisation des déchets est une problématique capitale. Cela revient à transmettre une information à de nombreuses générations d’individus. Il est donc nécessaire d’imaginer un moyen de communication qui perdure au-delà de la langue et un support de communication qui ne s’altère pas.

 

Les différentes étapes du stockage des déchets radioactifs en vidéo I Le projet Cigéo

SOLUTIONS INNOVANTES DE TRAITEMENT DES MA-VL ET HA

  • UN AVENIR BAS CARBONE

Chez DAES, nous sommes sensibles au défi que représente un avenir sans carbone. Dans cette optique nous collaborons avec TRANSMUTEX  afin de positionner le traitement des déchets nucléaires comme une priorité et remédier à cette ultime limite de l’énergie nucléaire.

  • L’EXPERTISE DAES :

Forts de notre expertise historique sur le nucléaire, nos équipes sont à même de simuler l’ensemble du cycle de l’énergie de sa production à sa restitution. Nous vous accompagnons dans la conception produits et procédés de vos projets: réduction/contrôle de la pollution, équipements, optimisation énergétique, respect des exigences en matière d’efficacité et de réglementation.

  • Analyse structurelle
  • Modélisation non linéaire et par contact
  • Impact et explosion
  • Optimisation de la conception, bruit et vibrations, fatigue
  • Analyse des mouvements et des systèmes
  • Analyse du stress et des contraintes
  • Analyse thermique et transfert de chaleur
  • Acoustique

Contactez-nous pour plus d’information ou programmer une réunion technique avec nos équipes. #InSimulationWeTrust.

Découvrez ici notre ANSYS APP développée pour le dimensionnement d’équipements nucléaires.

  • UN PARTENARIAT RESPONSABLE ET INNOVANT

La solution Transmutex est une technologie nucléaire révolutionnaire basée sur la transmutation. Cette dernière peut être effectuée par des systèmes nucléaires pilotés par des accélérateurs. Ces systèmes couplés sont nommés ADS, de l’anglais Accelerator Driven System. L’ADS produit des flux de neutrons rapides pour induire la fission des actinides et transformer des espèces nucléaires à longue durée de vie (quelques centaines de milliers d’années) en espèces à durée de vie beaucoup plus courte (quelques centaines d’années). Ce processus génère également une énergie sans carbone. La transmutation des actinides et des produits de fission peut être réalisée de manière souple et très efficace dans les systèmes pilotés par accélérateur.

  • TRANSMUTATION ET RADIOTOXICITÉ

La transmutation du combustible irradié permettra de réduire d’un facteur 100 la radiotoxicité de ce dernier et de réduire d’un facteur 1000 la durée de stockage du combustible en tant que déchet nucléaire. A partir d’un horizon de stockage d’environ 200 000 ans, la solution TRANSMUTEX permettrait de le réduire à 200 ans, une durée plus que convenable au regard des technologies existantes qui ont fait leurs preuves.

  • WNE 2020  – For a Low Carbon Society

DAES au WNE 2020

 

Nous participons prochainement au salon WNE 2020, pour notamment prendre part aux défis actuels et futurs de l’industrie nucléaire et présenter aux côtés des équipes Transmutex un projet plein de promesses.

Pour ne rien rater de nos actualités et autres évènements DAES suivez notre Blog et notre Page Linkedin.

Pour plus d’informations concernant nos solutions, contactez-nous.

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