Tous les réacteurs à fission nucléaire nécessitent un cycle de combustible assez complexe, de la mine au retraitement et au stockage des déchets. Les surgénérateurs ne faillisent pas à cette règle, bien au contraire. Ils ne peuvent en effet que trouver leur combustible dans des combustibles "usés" et ne se justifient que s'il est possible de récupérer des matériaux fissiles dans leurs aiguilles après passage dans le réacteur. Ils sont donc indissociables du retraitement. Toutes difficultés techniques, écologiques ou politiques sur cette opération ont des répercussions sur les surgénérateurs. Remarquons également qu'un programme surgénérateur ne se conçoit pratiquement que s'il a été précédé et s'il est accompagné d'un important programme de centrales à uranium naturel ou faiblement enrichi. C'est en effet dans les combustibles de ces filières que l'on pourra trouver le plutonium nécessaire au démarrage de la (nouvelle) filière. Pour mieux comprendre le cycle du combustible des surgénérateurs, nous le comparerons à celui de la filière à eau légère type PWR. Dans un PWR, il y a un seul type de combustible constitué d'assemblages de crayons d'oxyde d'uranium UO2 enrichi à 3,1% en uranium 235 (0,7% dans l'uranium naturel). Dans un FBR[9], il y a deux types de combustibles: - Le centre du réacteur est formé de matériau fissile, oxyde mixte UO2 PuO2 d'uranium et de plutonium, à 20% de plutonium. - La périphérie du réacteur, ou couverture, est formée de matériau fertile, essentiellement de l'uranium 238 (pratiquement de l'uranium appauvri ou naturel), dont une partie se transforme en plutonium sous l'action des neutrons. Ces différences se répercutent sur le combustible à la fin de son séjour dans le réacteur. Nous donnons ci-après les caractéristiques d'une tonne de combustible six mois après sa sortie du réacteur, donc déjà refroidie et moins active:
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On notera que les chiffres pour les surgénérateurs sont ceux attendus pour la filière et non ceux de Superphénix qui sont sensiblement inférieurs. Dans le cycle PWR le combustible est essentiellement constitué par de l'uranium enrichi issu de l'uranium naturel extrait des mines. Si ce combustible est retraité, on peut récupérer de l'uranium qui sera utilisé dans les combustibles, mais son rôle n'est pas vital. Le retraitement des combustibles PWR n'est donc pas une obligation pour le fonctionnement industriel de la filière; il peut être remplacé par un stockage de longue durée des éléments combustibles. Si on retraite les combustibles irradiés des PWR, c'est pour en extraire le plutonium qui servira de combustible au FBR de la même façon que l'on a extrait le plutonium des réacteurs graphite-gaz pour faire la bombe atomique.
1 - UO2: oxyde d'uranium
p.6
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Par contre, le combustible rapide
a un cycle fermé. Le plutonium qu'il utilise est issu du retraitement
des combustibles PWR, puis du retraitement du combustible FBR lui-même.
Si par la surgénération (liée à la production
de plutonium dans la couverture), le réacteur produit plus de plutonium
qu'i1 n'en consomme, il n'y a pas d'approvisionnement externe, mais au
contraire constitution d'un stock de plutonium en supplément de
celui nécessaire au fonctionnement du réacteur dont il est
issu. L'alimentation «externe» du FBR ne nécessite alors
que quelques tonnes d'uranium appauvri par an (sous-produit des usines
d'enrichissement: EURODIF en fonctionnement «produira» environ
dix mille tonnes d'uranium appauvri par an).
Ainsi, la durée du cycle du combustible est, pour le PWR, de faible incidence sur le coût global, car il n'y a pas récupération des matériaux. A l'inverse, le cycle FBR est centré sur le plutonium: le séjour du plutonium hors du réacteur doit être le plus court possible, donc les combustibles irradiés qui sortent du réacteur doivent être retraités le plus vite possible pour permettre la fabrication de nouveaux combustibles au plutonium, qui seront changés à nouveau, etc. Dans un PWR, entre l'extraction du minerai et la fin du retraitement, on compte cinq années hors réacteur. Pour un FBR, il faudrait arriver à deux années hors réacteur entre le début de fabrication du combustible au Pu et la fin du retraitement de ce même combustible. Cycle rapide Il apparaît clairement que le cycle rapide...
doit être rapide et en particulier le retraitement doit être
fait tout de suite après la sortie de pile ... ce qui est loin d'être
le cas, et il faut relire la Gazette n°24
pour se souvenir de l'état actuel de l'industrie du retraitement.
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On appellera «temps de doublement» le temps au bout duquel un FBR a fabriqué - grâce à la surgénération - la quantité de plutonium nécessaire au démarrage d'un nouveau réacteur. On peut ainsi définir une stratégie de construction et de démarrage d'une série de FBR sur la seule considération du plutonium disponible. Le temps de doublement est d'autant plus faible, donc l'introduction des FBR est d'autant plus rapide, que la masse de plutonium dans le cycle est plus faible. Il faut donc que le temps d'irradiation (séjour dans le réacteur) soit long, ce qui implique des taux de combustion élevés et que le temps hors réacteur soit court. Il faudrait donc un taux de combustion élevé et un temps de refroidissement du combustible irradié avant retraitement, court. Ces deux exigences sont contradictoires et font du retraitement du combustible FBR une opération spécifique, plus complexe et délicate et, par conséquent, plus coûteuse que celui du retraitement PWR. Ces difficultés sont aggravées par la forte teneur du combustible FBR en plutonium et les risques de criticité qui en résultent. Autant dire qu'actuellement on ne peut donner aucun chiffre pour le temps de doublement, car personne ne peut s'engager sur le délai de retraitement du combustible des premiers FBR, ni sur les pertes totales en plutonium qui auront lieu dans le cycle. Officiellement, pour Superphénix, on donne un temps de doublement de 46 ans. Mais de fait on considère en privé que ce réacteur ne sera pas surgénérateur, ce que l'on justifie par ailleurs par son caractère prototype... En outre la question de l'approvisionnement en combustible plutonium est posée par Superphénix. Il est clair que celui-ci fonctionnera en cycle ouvert pendant longtemps... Il faudra donc trouver 2,5 tonnes de Pu chaque année pour l'alimenter. A raison de 9 k/t produit en PWR (voir plus haut), cela nécessite de retraiter 300 t/an de combustible PWR... Si les successeurs de Superphénix démarraient entre 1985 et 1990, il faudrait approvisionner le plutonium des premiers cœurs dès les premières années 1980. Le décollage éventuel de la fiière FBR est donc étroitement lié au fonctionnement de l'usine de retraitement des combustibles PWR: une usine de capacité nominale de 800 tonnes de combustibles irradiés retraités par an, et qui ne fonctionne qu'au cinquième de sa capacité, ne produit que 1 à 1,5 tonne de plutonium par an... L'étape suivante est évidemment le retraitement des combustibles FBR pour pouvoir utiliser le plutonium qu'ils fabriquent et profiter de la surgénération. Ce traitement conditionne en fait la fiière. Or, c'est un domaine où l'expérience industrielle est nulle: les études sur installation pilote vont commencer. Les problèmes seront peut-être résolus, mais à quel prix en argent et en hommes? Actuellement on peut affirmer en tous cas que la situation est celle de panne - voir Gazette n°24 et encart n°2 page suivante. p.7
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Dans ce cycle du combustible des réacteurs à
neutrons rapides, il nous reste encore à aborder deux problèmes:
- les pertes de plutonium lors du cycle, - les conditions de travail dans la fabrication du combustible. Perte de plutonium dans le cycle du combustible Cette question est importante pour savoir si
un surgénérateur l'est vraiment. Rappelons tout d'abord que
Superphénix devrait produire chaque année environ 157 kg
de Pu supplémentaire, soit environ 6,5% du Pu total à extraire
lors du traitement. Il est évident que les pertes doivent être
inférieures à ce chiffre. Que constate-t-on dans la réalité
? (Voir Gazette n°24).
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Alors que la fabrication des combustibles des réacteurs à eau légère ne pose pas trop de problèmes spécifiques, il n'en est pas de même lorsqu'on veut faire des combustibles avec des oxydes de plutonium. En raison de la toxicité particulière de cet élément et de la possibilité de criticité[11] lors des manipulations, les risques sont beaucoup plus grands et imposent des conditions de travail plus pénibles (travail en boîte à gants en particulier). Voir à ce propos l'encart n°3 ci-dessous. Quelques nouvelles de la Hague et plus particulièrement de l'atelier pilote AT.1 pour le retraitement des aiguilles de rapide 1) 9 novembre 1978
2) Lors de retraitement à AT.1 de combustible peu «refroidi » (entre 45 et 60 jours de stockage), il y a échappement d'iode radioactif... Les informations manquent sur les conséquences. 3) Lors du conditionnement du Pu en fin de
chaine, environ 6 g s'échappent. Les ouvriers ayant vu l'accident
ont évacué la pièce qui est maintenant contaminée.
p.8a
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Lors d'une conférence à Liège
en 1974, M. J. Van DIEVOET, directeur de la Société Belgonucléaire,
donc directement intéressé au surgénérateur,
tient des propos qui se veulent rassurants mais posent quelques questions.
Que l'on en juge:
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Ou'entend-on par grande capacité?
Si l'on considère que la taille des unités de retraitement
plafonnera longtemps à 1.500-2.000 t/an, et que le plutonium extrait
permet de reconstituer un quart du combustible à l'uranium entrant,
on voit qu'une usine près de la mine ne devrait pas dépasser
375 à 500 t/an. Il y aura certainement un gain sur investissement
spécifique, mais il ne sera pas énorme.
Après l'investissement, le personnel coûte cher. En effet, il doit être bien entraîné, donc stable et convenablement rémunéré, et il doit être suivi médicalement. Mais surtout, une partie de l'avantage que procure la mécanisation est annulée par la lenteur des opérations d'entretien à effectuer en boîte à gants. Il en va de même pour les analyses et contrôles. (...) Notons aussi que si le plutonium n'est pas utilisé, son stockage soit sous forme d'élément irradié, soit sous forme purifiée, est coûteux, et le coût d'un tel stockage vient s'ajouter à la valeur du plutonium si on recycle ce dernier. Lorsque les barreaux sont fabriqués, décontaminés et contrôlés, ils ne se différencient guère de barreaux d'uranium. Cependant, si on les stocke trop longtemps, la croissance de l'americium 241 va donner lieu à des difficultés de montage, celui-ci devant se faire derrière un écran biologique.» Notons que ceci est valable pour les combustibles des surgénérateurs ou des centrales à eau légère dans lesquelles on recyclerait le plutonium. p.8b
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Ainsi que le disaient MM. Rozendole
(Novatome), Megy (CEA) et Robert (NEUSA-EDF) à l'exposition NUCLEX
78:
«L'introduction des surgénérateurs dans le système énergétique suscite le débat et la prise en compte de problèmes économiques, sociaux, philosophiques et culturels tels que: modèle de développement économique des sociétés développées et des pays en voie de développement; acceptation par le public des risques réels ou imaginaires liés à l'introduction de cette technique sur une longue échelle; non-prolifération des armes nucléaires; problème de politique internationale.» Mais notre analyse des divers paramètres est différente de la leur et si, pour les auteurs cités, il faut poursuivre résolument dans la voie des surgénérateurs, nous nous disons qu'il y a plutôt urgence à arrêter. Mais examinons maintenant les problèmes économiques. Le coût du réacteur Super-Phénix Actuellement le coût de Superphénix
(1.160 MWé) se situe aux alentours de 9 milliards de francs "lourds".
Pour permettre une comparaison, disons qu'une tranche PWR 1.300 MWe coûte
4,5 milliards, soit la moitié, et qu'une tranche 900 MWe ne coûte
que 2,5 milliards. Bien sûr, il s'agit d'un prototype, mais il va
falloir faire un bond sérieux en avant et peut-être «tirer
sur la sûreté» si l'on veut baisser les prix. Aussi
avance-t-on une taille plus importante pour les modèles de «série»:
après avoir prévu 1.800 MWe, il semble que l'on parle maintenant
plutôt de 1.500 MWe.
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Par ailleurs existent des associations industrielles pour la promotion des systèmes de réacteurs rapides; la situation après avoir évolué souvent au cours des dernières années semble maintenant se stabiliser et tourne autour de la Société SERENA créée en 1978, pour négocier les connaissances et percevoir les redevances. Le diagramme donné par ailleurs tente de débrouiller les affaires: Nous avons déjà signalé plus haut le coût de l'ordre de 9 milliards pour Superphénix et ce alors qu'aux conditions économiques du 1er janvier 1977 on n'annonçait un coût que de 4,9 milliards (dont 3 pour la chaudière hors combustible). Il nous faut maintenant essayer d'évaluer le coût du combustible, ce qui n'est pas une mince affaire; tentons cependant. Bien entendu, l'essentiel du coût provient du retraitement du combustible puisqu'il n'y a que là que l'on trouve du plutonium. Examinons d'abord l'évolution de ce coût pour 1 kg de combustible oxyde: 1974: 450 F 1975: 1.000 F 1976: 1.500 F 1977: 3.000 F Rappelons qu'un kg de combustible donne aux environs de 10 g de plutonium et qu'il en faut 4,5 tonnes pour la première charge et 2,5 tonnes par an ensuite... Certes, le retraitement permet de récupérer aussi de l'uranium 235 et 238, mais avec une teneur en 235 peu différente de celle de l'uranium naturel et pour un coût beaucoup plus élevé. A ce premier coût il faut ajouter le coût de fabrication du combustible. On avance actuellement des chiffres de l'ordre de 5.000 F /kg contre 200 à 250 F pour le réacteur à eau légère (ce qui montre bien la difficulté signalée dans la deuxième partie). p.9
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Mais notre raisonnement nous conduisant
à un coût de la première charge de près de 2
milliards, il y a quelque chose qui ne va pas puisqu'on annonce officiellement
(au 1 .1.77) que la première chrage coûtera 625 millions,
soit trois fois moins! Toute l'affaire consiste à dire que le retraitement
est une opération nécessaire pour les autres combustibles
et que le plutonium récupéré vient lui en déduction
du coût du retraitement. Autrement dit, il faut affecter le coût
du retraitement aux réacteurs actuels, et certains ainsi n'hésitent
pas à franchir le pas en déclarant que le Pu ne vaut rien...
ou presque. On s'interroge sur le raisonnement qu'il y aura lieu de faire
lors du retraitement des aiguilles de rapides. Actuellement on avance des
coûts de retraitement qu'on est loin de savoir faire, de l'ordre
de 9 à 10 fois plus chers que pour les combustibles oxydes PWR.
Il est maintenant admis par tout le monde que le coût du kWh de Creys Malville sera très élevé, mais malgré cela on espère qu'il sera équivalent au «coût du kWh d'une centrale classique répondant aux normes, modernes de pollution». Admirez la formule!... |
Et on ajoute que «le taux de combustion
moyen devrait douhler et passer à 100.000 MWj/t» et enfin
«qu'il est raisonnable de considérer qu'en passant du stade
de l'atelier pilote à celui d'usine de taille commerciale, les coûts
de fabrication et de retraitement s'abaisseront d'une manière significative.»
(Rozenhole et suivants, article cité)
Quel bel optimisme qui conforte largement les espoire de Novatome qui voit le programme suivant: 2 tranches Superphénix II (1.200 à 1.500 MWe) engagées en 1980, puis 8 à 10.000 MWe (soit de l'ordre de 6 tranches!) installés en 1992. Les prévisions du CEA de juillet 1978, encore plus optimistes, vont elles jusqu'à 2025? Nous les livrons à la réflexion de nos lecteurs (voir tableau ci-dessous). Signalons que ce beau programme s'accompague d'une capacité de retraitement de 2400 t/an à la fin de 1980... Il nous faut signaler, à ces prévisionnistes, la réalité: campagne de retraitement 1979 commencée à La Hague le 12 décembre 1978, et au 12 février 1979 il y avait eu 10 tonnes de retraitées...! et au prix de difficultés assez invraisemblables! p.10a
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REPARTITION PAR FILIERE DU PARC
ELECTRONUCLEAIRE FRANÇAIS
1978 - 2025
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Après ces extrapolations
hardies que ni les difficultés techniques, ni les considérations
économiques ne troublent puisque de toutes les façons les
surgénérateurs sont indispensables, abordons la question
des problèmes politiques soulevés par l'utilisation des surgénérateurs.
Les surgénérateurs et les problèmes politiques Pour aborder ce volet, nous citerons l'article
écrit par deux adhérents du GSIEN pour l'Encyclopaedia
Universalis (Plurisciences):
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Avec les surgénérateurs, ces
obstacles techniques à l'obtention de plutonium pourraient disparaître.
En effet, le combustible neuf contiendra du plutonium; il sera facile d'extraire
ce plutonium par traitement chimique, car le combustible neuf ne contient
ni émetteurs gamma, ni produits de fission. Pour contrer cette possibilité,
la Grande-Bretagne a proposé de préirradier le combustible
avant livraison (Royal Commission on Environmental Pollution, 6ème
rapport, paragr. 318, septembre 1976). Cette suggestion louable dans son
principe, présente des désavantages pour les travailleurs
(difficultés de transport et de manipulation), et financiers (coût
du combustible accru).
Enfin, il faut bien voir que la surgénération entraînera une augmentation considérable de la durée de l'ère nucléaire, donc rendra possible une extension progressive de la prolifération de l'arme nucléaire à l'ensemble de la planète. La hantise de la prolifération de l'arme nucléaire jointe au fait que les EtatsUnis possèdent des quantités importantes d'uranium et qu'ils ont un certain retard à la fois sur le retraitement et sur la technique «rapide», entraîne que les EtatsUnis, pour bloquer le développement des surgénérateurs, ont eux-mêmes considérablement diminué les crédits pour leur réacteur de Clinch River. Dès lors, on assiste à une partie de «bras de fer» entre les Etats-Unis et la France soutenue par l'Allemagne. La position américaine, pour ambiguë qu'elle soit, pèse d'un poids considérable dans l'avenir des surgénérateurs: qui ne se souvient de l'opération Concorde (voir à ce propos l'encart n°3 ci-dessus). A cela s'ajoute le fait que la France joue un drôle de jeu de nation intermédiaire peu soucieuse des équilibres internationaux et toute disposée à vendre des armes et des surgénérateurs à qui les lui demandera. Ajoutons même que la rentabilité de la filière est liée aux nombreux exemplaires que l'on pourra vendre. Et on retrouve à ce niveau le mythe du nucléaire qui serait un créneau d'exportation pour la France, et par conséquent une des bonnes voies pour sortir de la crise internationale que connaissent les pays industriels. Poursuivra-t-on longtemps ce mythe? p.10b
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