Caractérisation des matières et déchets nucléaires

Derrière l’appellation unique de « déchets radioactifs » se cache en réalité un ensemble extrêmement complexe de matières et de colis aux caractéristiques très variées, présentant des risques très divers. On les distingue notamment par la nature et l’intensité de leur radioactivité, leur durée de vie, ou encore leurs spécificités physico-chimiques. Les déchets radioactifs produits aujourd’hui en France, principalement par l’industrie électro-nucléaire (mais aussi pour la défense, la recherche, l’industrie, la médecine…) forment une gamme très étendue.

Ce n’est que fin 2004, après plus de 50 années de programmes nucléaires, qu’un inventaire exhaustif des déchets radioactifs a été réalisé pour la première fois par les pouvoirs publics. Bien que laissant de côté les entreposages de matières dites « valorisables » (voir fiche Matières « valorisables » et déchets « ultimes »), cet inventaire, réalisé par l’ANDRA, recense une centaine de types de déchets présentant des « caractéristiques homogènes ».

Les différents types de déchets sont ensuite regroupés en grandes catégories. Celles-ci ne sont pas intangibles mais définies par la réglementation et donc susceptibles d’évoluer avec le temps ou de varier d’un pays à un autre. Ces catégories sont principalement basées sur :

• La durée de vie : il s’agit en fait du rythme auquel leur radioactivité décroît. Chaque élément radioactif est ainsi caractérisé par une durée, appelée période ou « demi-vie », où sa quantité diminue de moitié par désintégration de ses atomes (formant d’autres éléments, à leur tour radioactifs ou stables). Sa radioactivité est donc réduite d’un facteur 2 à chaque période, et par extension d’un facteur 1000 environ après 10 périodes. La durée de vie d’un déchet radioactif dépend ainsi de la période et de la concentration des différents éléments radioactifs qu’il contient.

• Le niveau de radioactivité et, le cas échéant, la nature des rayonnements associés : la plus ou moins grande concentration des matières radioactives dans les déchets et surtout l’intensité du rayonnement des éléments radioactifs concernés, déterminent une activité massique, exprimée en nombre de désintégrations par seconde par unité de masse considérée (soit des becquerels par gramme, Bq/g). La radioactivité émise peut de plus être de différentes natures : les rayonnements dits alpha (noyaux de deux protons et deux neutrons), béta (électrons), et enfin gamma (photons) aux effets très différents du fait de masses, de niveaux d’énergie et de pouvoirs de pénétration très distincts.

La classification en vigueur en France, basée sur ces critères et sur les filières de gestion des déchets correspondantes (mises en œuvre, simplement définies ou même seulement envisagées), retient deux seuils de durée de vie, de 100 jours et de 30 ans, et quatre niveaux de radioactivité.

Critères appliqués en France pour la durée de vie et l’activité des déchets radioactifs

Durée de vie		Activité massique
Vie très courte	Moins de 100 jours	Très faible activité	Moins de 102 Bq/g
Vie courte	Entre 100 jours et 30 ans	Faible activité	Entre 102 et 105 Bq/g
Vie longue	Plus de 30 ans	Moyenne activité	Entre 105 et 108 Bq/g
		Haute activité	Plus de 108 Bq/g

Outre les déchets à vie très courte, gérés « par décroissance radioactive » (leur radioactivité diminue d’un facteur 1000 en quelques semaines à quelques années), la durée de vie distingue principalement les déchets à vie courte des déchets à vie longue en regard des échéances de tenue, et de surveillance, d’ouvrages destinés à leur stockage : une « durée de vie » de 30 ans correspond à une décroissance d’un facteur 1000 environ au bout de 300 ans. Les déchets à vie longue peuvent quant à eux atteindre des durées de vie très supérieures, qui se comptent en centaines de milliers d’années, voire davantage.

Les seuils d’activité massique retenus sont choisis pour délimiter clairement des catégories de déchets correspondant à différents niveaux de radioactivité rencontrés dans les matières et les installations de l’industrie nucléaire. Grosso-modo, les déchets haute activité, dont les activités peuvent atteindre des niveaux de 10¹⁰ Bq/g, concentrent les éléments radioactifs directement issus de la réaction de fission et contenus dans le combustible nucléaire. Les déchets moyenne activité correspondent à des matériaux irradiés directement au contact des précédents, tels que les gaines du combustible ou les structures internes à la cuve des réacteurs. Les déchets faible activité sont surtout les matériels utilisés pour les différentes opérations de gestion du combustible, potentiellement contaminés au cours de ces opérations, tels que les tenues de protection du personnel. Enfin, les déchets très faible activité proviennent notamment de la contamination des installations nucléaires au cours de leur exploitation (bétons, aciers…).

Les ordres de grandeur d’activité et de volume des différentes catégories de déchets sont très contrastés. Seules deux des six grandes catégories sont rigoureusement concernées par les recherches menées dans le cadre de la loi de 1991 et le débat parlementaire prévu en 2006 : les déchets moyenne activité à vie longue et les déchets haute activité. Limiter la réflexion à ces seules catégories est pourtant très réducteur : d’une part, ce ne sont pas les seules catégories pour lesquelles les solutions de gestion restent à ce jour à l’étude ; d’autre part, les options envisageables pour gérer les déchets les plus problématiques ont des répercussions importantes sur les autres catégories.

Principales catégories de déchets radioactifs en France et filières de gestion