Cette percée nucléaire pourrait transformer la gestion des déchets !

Il est souvent plus simple de détourner le regard. Le nucléaire, en effet, génère de l’électricité considérée comme bas carbone, mais il faut également penser aux déchets qui en résultent. Pour les ingénieurs, ils sont bien réels, tandis que pour le grand public, ils restent invisibles.

D’importants déchets

À la fin de l’année 2023, l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs a évalué à environ 1,85 million de mètres cubes la quantité de déchets radioactifs en France. Chaque année, près de 60 000 m³ supplémentaires s’ajoutent à ce total. Pour mieux comprendre cette proportion, on peut imaginer ajouter un volume équivalent à celui d’un Arc de Triomphe chaque année.

Cependant, il est essentiel de nuancer ces chiffres importants et parfois utilisés de manière exagérée par les médias pour susciter des réactions émotionnelles.

Les déchets les plus radioactifs, ceux à activité moyenne et élevée, qui représentent 99 % de la radioactivité, ne constituent qu’environ 10 % du volume total, soit environ 185 000 m³. Là encore, il convient de préciser : grâce au recyclage du combustible, il ne reste réellement que 3 900 à 4 000 m³ de déchets vitrifiés finaux destinés à un stockage en profondeur géologique.

En d’autres termes, bien que près de 70 % de l’électricité en France vienne du nucléaire, la production annuelle de déchets de haute activité ne dépasse pas 200 m³, l’équivalent de huit piscines olympiques. C’est un volume significatif, mais loin d’être insurmontable.

À une échelle mondiale, la situation est différente. Actuellement, environ 400 000 tonnes de combustible usé sont conservées. La majorité des déchets a une radioactivité faible et est gérée en surface. Le véritable défi réside dans la fraction la plus concentrée, qui nécessite des solutions sur des périodes pouvant atteindre des milliers d’années.

Il est à noter que la capacité mondiale en matière de nucléaire pourrait passer d’environ 377 gigawatts à presque 1 000 gigawatts d’ici 2050, ce qui rend impossible de simplement « cacher » ces déchets pour les générations futures.

Nous vous invitons à lire un article approfondi sur le sujet, explorant une innovation développée par l’équipe américaine du Thomas Jefferson National Accelerator Facility, qui pourrait offrir une solution pertinente à cette problématique.

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Des accélérateurs de particules américains transforment les déchets nucléaires en électricité et réduisent leur durée de radioactivité de 99,7 %

Comment réduire le stock de déchets nucléaires ?

En France et ailleurs, plusieurs approches complémentaires à la simple mise en stockage sont examinées depuis de nombreuses années. L’objectif n’est pas d’éliminer la radioactivité instantanément (actuellement, rien ne prouve que cela soit réalisable), mais d’en diminuer progressivement le volume, la chaleur et la durée de dangerosité.

1. Agir à la source : mieux brûler le combustible

La première démarche consiste à réduire la production de déchets problématiques dès leur origine.

Les réacteurs existants, tels que les REP ou les EPR, sont conçus pour optimiser l’extraction d’énergie à partir du combustible. Plus le taux de combustion est élevé, moins il reste de matière fissile non utilisée, ce qui réduit mécaniquement le volume d’actinides à longue durée de vie générés.

La France adopte déjà un cycle partiellement fermé. L’uranium et le plutonium issus du combustible usé sont recyclés sous forme de MOX. Ce processus permet de récupérer davantage d’énergie tout en diminuant le volume de déchets finaux.

Sur le long terme, les réacteurs rapides au sodium, au plomb (comme celui développé par Newcleo) ou à sels fondus pourraient aller encore plus loin en utilisant une partie du plutonium et des actinides mineurs accumulés.

2. 2. Recycler, traiter et conditionner

Un combustible usé ne présente pas une homogénéité parfaite. Il renferme des matières valorisables ainsi que d’autres nécessitant une stabilisation.

Le retraitement permet de séparer l’uranium et le plutonium en vue de leur réutilisation. En France, cette démarche réduit déjà de manière significative le volume des déchets de haute activité.

Des procédés chimiques avancés permettent également d’isoler plus précisément certains éléments. Les déchets les plus radioactifs sont ensuite vitrifiés, c’est-à-dire intégrés dans une matrice de verre extrêmement résistante. Des matrices alternatives, comme des céramiques spécialisées, sont également à l’étude pour immobiliser durablement des radionucléides spécifiques.

Cependant, même avec ces avancées, une partie des éléments à longue durée de vie persiste. C’est là qu’entre en jeu une démarche plus ambitieuse.

3. Séparer puis transmuter les éléments à vie longue

La séparation-transmutation représente une des propositions les plus novatrices.

Le principe consiste à isoler les actinides mineurs, tels que l’américium ou le curium, pour les exposer à un flux intense de neutrons. Cette interaction permet aux noyaux de se transformer en isotopes de durée de vie plus courte, parfois beaucoup plus faciles à gérer.

Sur une période de 10 000 ans, la radiotoxicité globale pourrait être réduite d’un facteur cent. Bien que cela ne supprime pas complètement le problème, c’est un changement d’échelle considérable !

Traditionnellement, cette transmutation est étudiée dans des réacteurs rapides. Cependant, une alternative existe : les systèmes pilotés par accélérateur, ou ADS (Accelerator-Driven Systems). Ces dispositifs fonctionnent en régime sous-critique, renforçant ainsi leur sécurité intrinsèque. Ils permettent de générer des neutrons à la demande, sans avoir besoin d’une réaction en chaîne autonome.

C’est précisément dans ce cadre que s’inscrit l’innovation américaine que nous mettons en lumière aujourd’hui, issue du programme NEWTON.

Bombarder « intelligemment »

Le principe de la transmutation repose sur l’utilisation d’un accélérateur de particules pour diriger des protons très énergétiques vers une cible, comme du mercure liquide. Lors de l’impact, le noyau se rompt partiellement, un phénomène appelé spallation, libérant ainsi une grande quantité de neutrons.

Ces neutrons vont ensuite interagir avec les isotopes les plus problématiques du combustible usé, ceux qui restent radioactifs pendant des dizaines de milliers d’années. Sous cette irradiation, certains d’entre eux se transforment en éléments bien moins nocifs.

Ainsi, au lieu d’une dangerosité sur 100 000 ans, on pourrait réduire ce délai à environ 300 ans. C’est une avancée significative, permettant de passer d’un horizon géologique à une perspective gérable à l’échelle humaine.

Le bonus : le procédé produit du courant

En prime, ce processus de « destruction » génère de la chaleur. Cette chaleur peut être convertie en vapeur, puis en électricité, comme dans une centrale traditionnelle.

On n’envisage plus seulement un stockage, mais également un recyclage énergétique de ce qui était considéré comme un déchet ultime.

Le vrai nœud : l’argent et la technique

Soyons réalistes : un accélérateur de particules ne s’installe pas au coin d’une centrale sans préparation. Ces machines sont complexes, puissantes et historiquement très onéreuses.

Le laboratoire américain tente donc de simplifier le processus, qui, pour l’instant, entraînerait des coûts exorbitants (ce qui limiterait ses chances d’industrialisation).

Les chercheurs explorent des cavités supraconductrices en niobium recouvert d’étain, ce qui pourrait permettre un fonctionnement à des températures moins extrêmes. Cela rendrait possibles des systèmes de refroidissement moins complexes, plus économiques et adaptés à une production industrielle.

Ils examinent également une autre option : le magnétron. Ce principe, similaire à celui d’un four à micro-ondes, mais en version beaucoup plus puissante, serait capable de fournir environ 10 mégawatts à une fréquence de 805 mégahertz.