Déchets radioactifs
On peut lire parfois dans la presse que la fusion nucléaire serait une « énergie propre » et « sans déchets nucléaires » : « le Graal écologique ». [Le Point 24/04/22]. Ce n’est que propagande grossière.
La propagande est parfois plus nuancée : « Contrairement à la fission, la fusion ne produit pas en elle-même de déchets radioactifs à vie longue (seuls les neutrons libérés par la réaction peuvent éventuellement être capturés par les matériaux du réacteur et les rendre radioactifs) » [Pour la Science, 30/03/22].
Le fonctionnement d’ITER va générer des déchets d’activation et quantités de tritium, carbone 14, etc. qu’il va bien falloir gérer. Dans un avis, l’ASN donne un ordre de grandeur de la quantité de déchets tritiés : « environ 30 000 m3 de déchets pour une activité radiologique en tritium de 35 000 TBq » [ASN, 11/05/21].
Déchets d’activation
« Les neutrons activent les structures métalliques du tokamak. Ces structures activées sont une source de déchets qui s’ajoutent aux déchets tritiés. Le volume total de déchets sera plus important que celui d’un réacteur actuel mais n’aura pas une haute activité. Par ailleurs, ces structures métalliques activées conduisent à des débits de dose tels que toute intervention humaine est impossible. Il faut robotiser toutes les opérations de maintenance » [Expo IRSN, 2017].
Dans son dossier sur « L’installation expérimentale ITER » (juillet 2012), l’IRSN donne un ordre de grandeur de l’activité des « produits d’activation » du Graal écologique : « environ 10 20 Bq après 20 ans d’exploitation » [IRSN, 2012]. Pour mémoire, l’accident de Tchernobyl a rejeté dans l’environnement de l’ordre de 1,2.1019 Bq.
Le site Internet d’ITER communique sur la nature des déchets radioactifs produits par le tokamak : « Les réacteurs de fusion nucléaire ne produisent pas de déchets radioactifs de haute activité à vie longue. L'activation des composants d'un réacteur de fusion est suffisamment faible pour que les matériaux puissent être recyclés ou réutilisés dans les 100 ans qui suivent la mise à l'arrêt de l'installation » [Avantage de la fusion].
Déchets à vie longue
En même temps, l’Agence ITER France fournit des indications plus réalistes sur la gestion des déchets d’ITER : « Les déchets faiblement et moyennement radioactifs à vie longue (supérieure à 30 ans) seront traités, conditionnés et entreposés dans le cadre des filières qui seront mises en œuvre pour ce type de déchets, conformément à la réglementation. ITER ne produira aucun déchet de haute activité » [itercad.com].
Pas de déchets de haute activité (HA) dans la communication officielle mais tout de même des déchets de moyenne activité à vie longue. Dans un « Doc-référence » sur les « Réacteurs nucléaires de fusion », l’IRSN évoque le « Bâtiment cellules chaudes de l’installation ITER » dans lequel seront entreposés ces « déchets radioactifs de moyenne activité à vie longue (MA-VL) et les déchets tritiés » [IRSN, 2017].
Définition des déchets MA-VL selon l’Andra : « activité de l’ordre d’un million à un milliard de becquerels par gramme » et « qui contiennent une quantité importante de radionucléides dont la période est supérieure à 31 ans » ; « Ils se caractérisent par une présence significative de radionucléides à vie longue comme le nickel 63 (période 100 ans) ».
Les déchets de haute activité (HA) sont définis par l’Andra par une « activité [a minima] de l’ordre de plusieurs milliards de becquerels par gramme » [Andra].
Le nickel 63 est produit par l’activation neutronique du nickel 62 stable qui ne représente que 3,6% des isotopes stables du nickel présent dans l’acier inoxydable des structure interne du tokamak. Il est bien mentionné dans « Les principaux isotopes d’activation » du rapport d’« Évaluation complémentaire de la sûreté d’ITER » [ECS] mais sans aucune estimation d’activité massique.
A l’inverse, « pour la poussière de tungstène », les activités des radioéléments à vie courte des « principaux isotopes d’activation du tungstène » sont renseignées avec des valeurs allant de la plus faible, « 3,72E+05 Bq/g » pour l’argent 110m (T=250 jours) à la plus élevée, « 1,04+E11 Bq/g » pour le tungstène 187 (T=1 jour), « à l’arrêt du plasma ».
Pour la « gestion des déchets », l’inventaire des « Principaux isotopes d’activation » liste les éléments radioactifs présents dans les matériaux de construction, « un an après l’arrêt du plasma » [ECS ITER, 2012 - pages 22 & 23)]. Cette liste de radioéléments se révèle bien maigre. Hormis le nickel 63, on n’y trouve aucun autre isotope à vie longue.
L’inventaire présent dans la « Demande d’autorisation de création de l’INB ITER » [DAC, 2011 - Cf. Pièce 6] est un peu plus étoffé : en sus du nickel 63, on trouve, présents dans l’acier inoxydable, le nickel 59 (T=76 000 a), le molybdène 93 (T=4 000 a) et le Niobium 94 (T=20 000 a). Ce qui est bien fâcheux quand on communique sur la réutilisation des déchets radioactifs d’ITER au bout d’un siècle...
Nous avons synthétisé dans un tableau (cf. ci-après) les isotopes déclarés par ITER Organization, un an après l’arrêt du plasma, dans le dossier de « Demande d’autorisation de création de l’INB ITER » et dans le rapport d’« Évaluation complémentaire de la sûreté d’ITER ».
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ITER - Principaux isotopes d’activation 1 an après l’arrêt du plasma |
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Matériaux Alliages |
Isotopes déclarés |
Période radioactive |
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DAC 2011 |
ECS 2008 |
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Tungstène |
185W |
185W |
75,1 j |
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181W |
181W |
121,2j |
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184Re |
38 j |
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184mRe |
169 j |
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182Ta |
182Ta |
114,6 j |
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179Ta |
1,82 a |
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Cuivre |
65Zn |
65Zn |
244 j |
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63Ni |
63Ni |
98,7 a |
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60Co |
60Co |
5,27 a |
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3H |
3H |
12,3 a |
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Acier inox |
94Nb |
20 000 a |
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93Mo |
4 000 a |
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63Ni |
63Ni |
98,7 a |
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59Ni |
76 000 a |
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59V |
75 ms |
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60Co |
60Co |
5,27 a |
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58Co |
58Co |
70,85 j |
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57Co |
57Co |
271,8 j |
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55Fe |
55Fe |
2,75 a |
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54Mn |
54Mn |
312,2 j |
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Béryllium |
56Mn |
2,6 h |
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55Fe |
2,75 a |
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3H |
3H |
12,3 a |
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On peut s’interroger sur la présence de l’isotope de vanadium 59V qui, avec une période de 75 ms subsisterait un an après l’arrêt du plasma... |
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Sources, Demande d’autorisation de création - Cf. Pièce 6 : Étude d’impact - Iter Organization, 2011 ECS ITER, 2012 - pages 22 & 23] |
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En 2011, lors de « la demande d’autorisation de création de l’installation expérimentale ITER », l’IRSN a fait son expertise. Dans la synthèse de son rapport, au paragraphe « Concernant l’inventaire des matières radioactives dans l’installation », l’institut « a estimé que l’exploitant devait poursuivre les calculs d’activation engagés afin de disposer, pour les principaux équipements, d’inventaires détaillés des différents radionucléides. Ceci permettra d’estimer, d’une part les risques liés à l’exposition aux rayonnements ionisants à chaque poste de travail, d’autre part de caractériser plus précisément les déchets produits et ainsi de pouvoir s’assurer de leur possible évacuation vers les filières d’élimination des déchets ». Dans la conclusion du rapport, l’IRSN indique que « les compléments attendus, qui doivent conforter la conception de l’installation et sa démonstration de sûreté, sont à transmettre avant le début de la phase d’assemblage des équipements du tokamak, soit vers 2015 » [IRSN, 2011 - cf. page 3].
Six années n’auront pas suffi à ITER Organization pour répondre aux demandes complémentaires de l’IRSN. En 2017, l’institut publie un rapport sur les « Réacteurs nucléaires de fusion » et donne son « Avis sur la sûreté et la radioprotection » d’ITER. « Concernant l’inventaire des matières radioactives dans l’installation », on retrouve la même demande qu’en 2011, à la virgule près : « L’IRSN a estimé que l’exploitant devait poursuivre les calculs d’activation engagés afin de disposer, pour les principaux équipements, d’inventaires détaillés des différents radionucléides. Ceci permettra d’estimer, d’une part les risques liés à l’exposition aux rayonnements ionisants à chaque poste de travail, d’autre part de caractériser plus précisément les déchets produits et ainsi de pouvoir s’assurer de leur possible évacuation vers les filières d’élimination des déchets » [IRSN, 2017 - cf. page 86].
Nous avons contacté l’ASN pour savoir si, cinq années plus tard (en 2022), ITER Organization avait finalisé son inventaire de radioéléments activés. En septembre 2022, l’ASN n’avait toujours rien reçu et elle ne nous a pas caché que l’exploitant manquait de transparence sur le sujet...
Nous allons maintenant aborder la question de l’argent. Pas le pognon de dingue que coûte et coûtera ITER mais du métal présent dans le bouclier thermique. L’argent stable est constitué environ pour moitié d’argent 107 (51,35%) et d’argent 109 (48,65%) [Fiche IRSN]. Le grand frère, l’argent 110m produit de l’activation neutronique de l’argent 109, voit sa présence mentionnée dans les futurs déchets radioactifs de poussières du tungstène d’ITER. Avec une période de 250 jours il n’est pas vraiment pénalisant en termes de gestion des déchets sur le long terme. Par contre, le petit frère, l’argent 108m, issu de la transmutation de l’argent 107, n’est pas cité dans les modestes inventaires d’ITER (DAC et ECS) alors qu’il a une période radioactive de 438 années.
Le « comportement du tungstène sous irradiation » dans les « réacteurs de fusion » a fait l’objet d’une thèse (Moussa Sidibe, 2014) sous la direction du CNRS. Détails des constituants de la chambre à vide du tokamak :« Dans le cas d’ITER, trois matériaux ont été retenus pour constituer la chambre à vide du réacteur : le béryllium (Be), les composites à fibres de carbone (CFC) et le tungstène (W).
(...)
Parmi toutes les impuretés possibles, le carbone (C) et le Molybdène (Mo) sont des impuretés natives trouvées dans le tungstène, leur présence étant liée à la technique de préparation.
(...)
Défauts induits par irradiation dans le tungstène
La plupart des matériaux qui seront utilisés dans les réacteurs mettant en œuvre la fusion nucléaire entre le deutérium et le tritium seront exposés à des neutrons de 14.1 MeV et aux flux de particules alpha de 3.5 MeV, qui quittent le plasma. Il est prévu que la puissance délivrée par les neutrons de 14 MeV sur les matériaux de couverture de l’enceinte sera d'environ 1 MW/m2 pour une année de fonctionnement du réacteur ITER. Cela correspond à une fluence de neutrons de 1.4x1025 n.m-2.
(...)
La transmutation des atomes dans le matériau par réactions nucléaires conduira à l’activation du matériau et à la création d’atomes tels que le hafnium (Hf), le tantale (Ta), le rhénium (Re), l’osmium (Os), l’iridium (Ir) et leurs isotopes » [Sidibe, 2014].
En 2019, Alan Durif cite dans sa thèse la transmutation du tungstène en rhénium : « Le Rhénium présente une demi-vie longue (>milliard d'années) et par conséquent induit des problématiques importantes concernant le retraitement de déchets radioactifs » [Durif, 2019].
L’auteur évoque probablement là le rhénium 187 qui, avec une période de 43 milliards d’années, peut être considéré comme un élément quasi-stable. Par contre, le rhénium 186m sera bien plus impactant pour la gestion des déchets radioactifs. En effet, avec une période de 200 000 ans, cet isotope métastable entre incontestablement dans la classification des déchets à vie longue. Si ITER Organization indique la présence de tantale 182 dans les principaux isotopes d’activation du tungstène (Cf. Tableau page précédente), le rhénium 186 métastable est oublié alors qu’il sera produit en plus grande quantité (que 182Ta) comme le montre la figure ci-dessous.
« Les
produits de réaction, pour un tungstène pur, après une année de
fonctionnement à pleine puissance (FPY) du réacteur. Au début, la
composition isotopique naturelle est prise, voir sur le côté
gauche ».
Source, Sidibe, 2014
Quant à la consommation du tungstène, un rapport du BRGM nous éclaire : « Du tungstène métal sera utilisé pour le revêtement du « divertor » qui constitue le « plancher » du réacteur ITER, en contact direct avec le plasma. Le démarrage devrait se faire avec un « divertor » en composite carbone / fibre de carbone et tungstène, puis il est prévu de généraliser le tungstène en une deuxième phase, ce qui représenterait plus de 100 t de tungstène, à renouveler périodiquement » [BRGM, juillet 2012].
Cela va en faire des déchets radioactifs à vie longue...
La présence importante de tritium dans les déchets va poser de gros problèmes de gestion. En effet, ils ne répondent pas « aux critères d'acceptation de l’ANDRA, en raison de leur teneur en tritium et de leur taux de dégazage » [DAC, 2011].
Selon l’IRSN, à l’issue de la période d’exploitation, « l’inventaire maximal en tritium de l’installation serait de 4 kg » [IRSN, Rapport DSU n°217], soit une activité de 1,4.1018 Bq...
Un document de la CLI de Cadarache donne quelques détails sur les déchets tritiés : « la plupart de ces déchets ne pourront être acceptés par l’Andra qu’après décroissance du tritium afin de satisfaire les critères d’acceptation fixés par l’Andra ; la prise en charge de ces déchets doit donc se faire le cadre d’une filière incluant un entreposage de décroissance tritium (période radioactive de 12,3 ans) avant stockage définitif dans les centres Andra ». ITER Organization (IO) « entreposera dans ses installations [en cellules chaudes] les déchets FMA tritiés purs dégazant (déchets faible et moyenne activité) et les MA-VL tritiés (déchets moyenne activité-vie longue), pour qu’ils puissent être traités ultérieurement avec les déchets de démantèlement ».
Pour les autres déchets « la France mettra à disposition d’IO une installation d’entreposage pour ses déchets TFA tritiés (déchets très faiblement actifs) et FMA tritiés irradiants VC (déchets faible et moyenne activité-vie courte) ». Le CEA « sera maitre d’ouvrage pour la construction et exploitant nucléaire ». « Les déchets tritiés issus du démantèlement d’ITER seront également entreposés par le CEA. Ces déchets seront envoyés pour stockage définitif à l’Andra par le CEA bien au-delà de 2041 »[CLI Cadarache, 2012]. Sur quelle durée et à quel endroit ?
En fait on n’en sait rien. Prévu sur le site du CEA de Cadarache, cet entreposage intermédiaire baptisé « Intermed » devait être opérationnel en 2033. Mais, comme l’inventaire radiologique d’ITER est incomplet pour ne pas dire fantaisiste, difficile de dimensionner une installation d’entreposage. Explications plus nuancées avec un Avis de l’ASN de 2021 : « il existe néanmoins des incertitudes importantes concernant la nature et le volume des déchets tritiés issus de l’exploitation puis du démantèlement d’ITER ; que la taille et la durée de fonctionnement de l’installation Intermed dépendent notamment de l’inventaire en tritium de ces déchets, de la période de décroissance requise, des procédés de détritiation et de conditionnement préalables à leur entreposage dans Intermed et, plus globalement, des efforts d’ITER pour réduire la production et la nocivité des déchets tritié.
(...)
Il est avéré que la conception et le calendrier d’Intermed dépendent fortement de la conception du bâtiment dit « des cellules chaudes » d’ITER et de la performance des procédés de détritiation qui seront mis en œuvre dans ITER ; que la conception des cellules chaudes d’ITER n’est pas achevée à ce jour ; que les interfaces entre les cellules chaudes et Intermed sont également encore à définir.
(...)
La conception d’Intermed n’a pas pu progresser ces dernières années et que la décision d’en engager la construction n’a pas été prise.
(...)
L’ASN constate que les objectifs du PNGMDR 2016-2018 concernant la définition d’une filière de gestion pour les déchets tritiés ne sont pas respectés. L’ASN souligne le besoin d’avancer activement dans la conception et la création de nouvelles capacités d’entreposage, afin qu’elles puissent être conçues et réalisées dans des conditions de sûreté et de radioprotection maîtrisées.
L’ASN recommande qu’ITER Organization mette à jour dans les meilleurs délais l’inventaire prévisionnel des déchets qui seront produits en exploitation, puis à l’occasion du démantèlement de l’installation ITER, et rende compte des efforts de réduction de la quantité et de la nocivité de ces déchets. Les volumes et la nature des déchets tritiés et les objectifs de performance des procédés de détritiation et de conditionnement dans ITER devront notamment être détaillés. L’ASN recommande qu’ITER Organization, en lien étroit avec le CEA, définisse dans les meilleurs délais les modalités d’entreposage de ces futurs déchets tritiés et que les dossiers correspondant à la création de nouvelles installations ou à la modification d’installations existantes soient déposés auprès des autorités compétentes à une date fixée par le prochain PNGMDR, dans l’objectif que ces capacités d’entreposages soient disponibles dans des délais cohérents avec l’avancement du projet ITER [ASN, 11/05/2021].
Selon les données collectées dans le DAC d’ITER, les « Déchets d’exploitation courante » représentent un flux annuel de 286 m3, des déchets classés principalement dans la catégorie FMA-VC (pour 80 m3 de TFA), soit un total de 5720 m3 sur la vingtaine d’années d’exploitation prévue [DAC ITER, 2011 - Cf. Pièce 6 page 135].
Pour estimer la masse de ces déchets à partir de leur volume, aidons-nous des renseignements trouvés dans Wikipédia sur les déchets d’EDF. Pour « une production annuelle d’électricité de 410 TWh » (avec Fessenheim), et « 1 200 tonnes de métal lourd consommé, déchargé, retraité » et « une irradiation moyenne du combustible proche de 45 000 MWj/tMLi », la production annuelle par EDF de déchets de type A (TFA et FMA-VC) est de « 56 400 t » pour un volume de « 15 000 m3 » [Wikipédia]. On peut en déduire la densité moyenne des déchets, soit 3,76 t/m3.
Sur ce postulat, plus de 1000 t de déchets FMA-VC et TFA seront donc produits annuellement par ITER. C’est dans l’ordre de grandeur de la quantité moyenne de ce type de déchets générés tous les ans par une tranche REP D’EDF (972 t).
Lors des « maintenances lourdes », des « déchets de maintenance [seront] générés par le remplacement des composants » avec « environ 1 200 tonnes générées au cours de 20 ans d’exploitation d’ITER. Ces déchets sont considérés comme principalement MA-VL, hormis 60 tonnes de déchets exclusivement tritiés » [DAC ITER, 2011 - Cf. Pièce 6 page 135]. En moyenne sur la période d’exploitation, cela représente 60 t de MA-VL par an.
Toujours d’après Wikipédia, pour le parc de centrales EDF, la quantité annuelle de déchets MA-VL produite a été de 431 t (pour 58 réacteurs) soit en moyenne 7,4 t par tranche.
Certes, ITER ne produira pas de déchets HA-VL comme les "cendres" de combustible des tranches REP (en moyenne 6,2 t/an/réacteur) mais beaucoup plus de déchets MA-VL qu’un REP. Qu’ils soient HA-VL ou MA-VL, ces déchets n’ont pour l’instant aucun exutoire. Il est prévu de les dissimuler dans le stockage géologique profond en projet de Cigéo très controversé, avec, pour les MA-VL d’ITER, un entreposage intermédiaire pour la décroissance du tritium d’au moins 50 ans avant leur possible prise en charge par l’Andra.
A partir de la « Phase de cessation définitive d’exploitation » (CDE) d’ITER, toujours selon les chiffres du DAC, 2 496 t de déchets MA-VL seront produits avec le démontage du divertor et des systèmes de couverture et de chauffage.
Pendant le démantèlement de l’installation, le démontage des autres composants va générer 27 626 t de déchets FMA ou TFA. Pour le démontage des bâtiments ce sera 6 650 t de déchets estampillés TFA ou FMA-VC et 15 500 t de Déchets industriels banaux (DIB) [DAC ITER, 2011 - Pièce 10 Cf. page 11]. En comparaison, la masse de déchets estimés pour démanteler une tranche de Fessenheim parait modeste. Nous avons synthétisé dans le tableau ci-dessous la quantité de déchets produite par un REP ainsi que celle estimée d’ITER tant en exploitation qu’en démantèlement.
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Comparaison des déchets radioactifs produits en exploitation et en démantèlement entre ITER et un REP |
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Déchets |
Type |
ITER1 |
REP |
|
Masse annuelle (t) |
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|
Exploitation |
TFA |
300 |
9722 |
|
FMA-VC |
748 |
||
|
MA-VL |
60 |
7,42 |
|
|
HA-VL |
0 |
6,22 |
|
|
Masse totale (t) |
|||
|
CDE et Démantèlement |
TFA |
34 276 |
6 3003 |
|
FMA-VC |
3 1003 |
||
|
MA-VL |
2 496 |
1003 |
|
|
HA-VL |
0 |
0 |
|
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Pour ITER, ce tableau est construit d’après les estimations d’ITER Organization. Pour les REP en exploitation, les données proviennent de Wikipédia et correspondent à la production annuelle moyenne de déchets pour 410 TWh d’électricité produite par an avec les 58 réacteurs du parc EDF (moyenne de production de 2002 à 2018). Celles du démantèlement REP sont issues d’EDF et correspondent à une tranche de Fessenheim. |
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Sources 1 - DAC ITER, 2011 - Pièce 10 - Démantèlement 2 - Déchets radioactifs générés par la production d'électricité d'origine nucléaire en France -Wikipédia |
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