Déchets nucléaires : principales matières mises en jeu

Les matières en jeu dans la gestion des déchets radioactifs ont essentiellement deux origines :

• Les matières liées à l’extraction, la transformation et l’irradiation dans les réacteurs du combustible nucléaire : elles proviennent du traitement du minerai naturel d’uranium puis des réactions nucléaires engendrées dans le combustible qui en est extrait ;

• Les matières générées par l’activation, sous l’effet des radiations issues des précédentes, d’éléments chimiques inertes en éléments radioactifs dans les fluides, les équipements et les structures au contact des produits combustibles et dérivés.

Le tableau (en bas de la fiche) indique pour les principaux radionucléides mis en jeu dans ces différentes réactions leurs principales caractéristiques : durée de vie, type de radioactivité, et niveau de radiotoxicité (c’est-à-dire le degré de nocivité lié à leur radioactivité en cas de pénétration dans l’organisme).

Le point de départ est donc l’extraction de l’uranium naturel, composé à 0,7 % environ de l’isotope ²³⁵U, le reste étant essentiellement l’isotope ²³⁸U, avec un peu d’²³⁴U. Le premier a la propriété d’être fissile : il libère, par fission, les grandes quantités d’énergie récupérées dans les chaudières que sont les réacteurs nucléaires. On augmente le rendement de cette réaction en concentrant, par une opération dite d’enrichissement, la proportion d’uranium fissile dans le combustible : celui-ci utilise donc de l’uranium enrichi contenant 4 % environ d’²³⁵U. Cet enrichissement produit de grandes quantités d’uranium dit appauvri, composé d’²³⁸U avec quelques millièmes d’²³⁵U.

L’isotope ²³⁸U, faiblement radioactif, a la propriété d’être fertile : en capturant certains neutrons émis par les réactions de fission, il devient ²³⁹Pu, le principal isotope fissile du plutonium. D’autres réactions du même type, à partir aussi de l’²³⁴U et même de l’²³⁵U, puis des différentes matières à mesure qu’elles sont ainsi créées et s’accumulent, font apparaître d’autres éléments de plus en plus lourds : toute une gamme d’isotopes du plutonium ainsi que des éléments dénommés actinides mineurs, comme le neptunium, l’américium, le curium, etc. Ces actinides mineurs sont eux-mêmes radioactifs et souvent extrêmement radiotoxiques.

Parallèlement, la fission d’²³⁵U et d’autres isotopes fissiles qui apparaissent (²³⁹Pu, ²⁴¹Pu), génère un spectre très étendu de produits de fission. Une partie sont des éléments stables ou à très courte période, mais nombre d’entre eux présentent une radioactivité et une durée de vie significatives – même si leur radiotoxicité est en général moindre que celle des actinides.

Hormis une fraction susceptible de s’échapper pour contaminer des éléments externes, ces matières sont enfermées dans le combustible irradié à son déchargement du réacteur. Deux options se présentent alors pour la gestion du combustible usé. La première consiste à le considérer comme un déchet : l’assemblage combustible est alors la matrice d’entreposage, puis de stockage définitif de toutes les matières radioactives qu’il contient.

La seconde, partiellement mise en œuvre en France, consiste à séparer, par retraitement, l’uranium et le plutonium de l’ensemble des actinides mineurs et produits de fission (qui composent respectivement environ 95 %, 1 %, 1 % et 4 % d’un combustible standard déchargé du parc EDF aujourd’hui). Les premiers, jugés « valorisables » à cause de leurs propriétés fissiles ou fertiles, peuvent être réutilisés à court ou long terme dans de nouveaux combustibles (tel le MOX, mélange de plutonium issu du retraitement et d’uranium appauvri, ou l’URE, à l’uranium issu du retraitement ré-enrichi). Actinides mineurs et produits de fission, classés comme « déchets ultimes », sont alors enfermés dans des colis vitrifiés. Cette option repose sur des procédés physiques et chimiques qui conduisent à disséminer une fraction non négligeable des matières radioactives dans de nouvelles catégories de déchets (gaines métalliques du combustible, boues issues du traitement chimique de séparation) et dans l’environnement (rejets liquides et gazeux).

Principaux radionucléides(1) : période, radioactivité, radiotoxicité

(1) Ce tableau présente les principaux radionucléides présents dans les déchets radioactifs et les matières du cycle du combustible nucléaire. Ils sont classés ici par numéro de masse atomique.

(2) Radioactivité : α = alpha, β = beta, γ = gamma

(3) Classification en groupes de radiotoxicité (gr. I à IV) selon le Décret n° 86-1103.