La 4ème génération et les déchets nucléaires

Table ronde « La 4^ème génération et les déchets nucléaires » le 18 décembre 2018

Étaient auditionnés :

- M. Aurélien Louis, sous-directeur de l'industrie nucléaire à la direction générale de l’énergie et du climat (DGEC) au ministère de la transition écologique et solidaire

- M. Michel Pays, directeur stratégie et risques de la division combustible nucléaire d’EDF accompagné de M. Gary Sette, chargé de mission au pôle Parlement de la direction des affaires publiques

- M. Jean-Michel Romary, directeur « maîtrise d’ouvrage, démantèlement et déchets » d’Orano accompagné de Mme Morgane Augé, directrice des affaires publiques France d’Orano

- M. Stéphane Sarrade, directeur-adjoint de l’innovation et du soutien nucléaire à la direction de l’énergie nucléaire du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) accompagné de M. Jean-Pierre Vigouroux, chef du service des affaires publiques

- M. Jean-Paul Glatz, chercheur au Centre Commun de Recherche européen

M. Julien Aubert, président du groupe d’étude a rappelé la raison pour laquelle il avait souhaité organiser cette audition : dans les critiques faites à l’industrie nucléaire, la problématique des déchets est très présente.
- Alors même que nous parlons de l’avenir de la filière nucléaire dans la nouvelle programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE), comment la brique « déchets » doit-elle être prise en compte ?
- Le projet de démonstrateur industriel de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium dénommé Astrid (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), piloté par le CEA, est-il abandonné ?

=> Pour rappel, la gestion du « cycle du combustible » mise en œuvre en France est qualifiée de « cycle fermé ». Il s’agit d’une gestion pour laquelle une partie des combustibles usés sortant des réacteurs subissent un retraitement dans des usines spécialisées à l'issue duquel certaines matières sont recyclées, par opposition à une gestion qualifiée de « cycle ouvert » pour laquelle les matières valorisables des combustibles usés ne sont pas recyclées, les combustibles usés constituant alors des déchets qui sont entreposés « sous eau » ou à « sec » en attendant un stockage définitif. Source : Présentation du « Cycle du combustible » français en 2018, Haut Comité pour la transparence et l’information sur la sécurité nucléaire

Chaque intervenant s’est exprimé pour une intervention liminaire de cinq minutes.

M. Aurélien Louis, sous-directeur de l'industrie nucléaire à la direction générale de l’énergie et du climat (DGEC) a insisté sur trois sujets :

Le traitement-recyclage tel qu’on le pratique en France aujourd’hui est une composante importante de la politique de gestion des déchets. Pour rappel, cette politique vise à la réduction de la quantité et de la nocivité des déchets, vise à un mettre en œuvre l’entreposage des déchets dans des conditions sûres et, après entreposage, à stocker en couche géologique profonde tous les déchets qui ne peuvent pas être stockés en surface ou en sub-surface.
Le Gouvernement a affirmé son intention de poursuivre cette stratégie de traitement‑recyclage des déchets, au moins jusqu’à l’horizon des années 2040, sachant que les installations et ateliers de la Hague devront connaître des investissements importants à l’horizon 2030-2040 pour poursuivre leur fonctionnement au-delà. Compte‑tenu de la perspective de diversification du mix électrique avec la fermeture de 14 réacteurs nucléaires d’ici 2035, cette stratégie impliquera l’utilisation de combustibles Mox dans les réacteurs 1300 MW, afin de compenser la fermeture de réacteurs 900 MW aujourd’hui moxés. La réaffirmation du caractère stratégique du traitement-recyclage s’explique tant par des considérations industrielles que par des considérations opérationnelles : le traitement-recyclage donne des marges de manœuvre importantes en matière d’entreposage des combustibles usés en divisant par 10 leur quantité.
Quant au plus long terme, selon les décisions futures sur un éventuel déploiement d’un nouveau parc (dont les premiers réacteurs ne pourraient être mis en service, au plus tôt, qu’à l’horizon 2035), le Gouvernement devra s’interroger sur sa politique du cycle futur, à l’horizon des grands réinvestissements à venir sur les usines de l’aval. L’option d’une 4^ème génération est l’option « historique » de référence. L’horizon de déploiement de ce type de réacteurs est toutefois plus lointain (a priori, dans la seconde moitié du siècle) que ce que l’on imaginait initialement, dans la mesure où les ressources en uranium sont abondantes et disponibles à bas prix. Ceci doit nous amener à repenser notre politique de R&D en la matière et à l’ouvrir à d’autres options.

La perspective de la 4^ème génération ne remplacera pas la nécessité de stockage géologique profonde (Cigéo).

M. Michel Pays, directeur stratégie et risques de la division combustible nucléaire d’EDF a expliqué l’application de la politique de traitement recyclage du combustible par EDF.

Chaque année, le parc nucléaire français, constitué de 58 réacteurs, consomme environ 1 200 tonnes de combustible, dont 1 080 tonnes d’uranium enrichi d’origine naturelle et 120 tonnes de combustible MOX (Mélange d’Oxydes de plutonium et d’uranium appauvri). Le combustible MOX est utilisé dans 22 réacteurs de 900 MW et à terme de 24 du parc électronucléaire français et contribue à la production de 10 % de l’électricité nucléaire française.
Le combustible à l’uranium naturel enrichi usé sorti des réacteurs fait l’objet d’un retraitement à l'issue duquel sont séparés le plutonium (1 %), l'uranium de retraitement dit « URT » (95 %) et les déchets ultimes (4 % constitués de produits de fission et d’actinides mineurs).
Actuellement, 10,8 tonnes de plutonium produites annuellement à l’issue du retraitement des combustibles à uranium enrichi usés sont associées à de l’uranium appauvri, et sont valorisées comme combustible dit MOX. L’utilisation du combustible MOX permet une économie d’uranium naturel de 10%.
De 1994 à 2013, une partie de l’uranium de retraitement (URT) a été ré-enrichie et utilisée pour la fabrication de combustible à l’uranium de retraitement enrichi dans le cadre du fonctionnement des 4 réacteurs de 900 MW de la centrale nucléaire de Cruas. Le conseil d’administration d’EDF a pris la décision de reprendre le recyclage de l’uranium de retraitement à partir de 2023 sur Cruas et à partir de 2027 sur 3 ou 4 réacteurs de 1300 MW. Avec la reprise du recyclage de l’uranium de retraitement, on peut considérer que 20 à 25 % d’uranium naturel pourra être économisé chaque année.

M. Jean-Michel Romary, directeur « maîtrise d’ouvrage, démantèlement et déchets » d’Orano.

Le recyclage des combustibles usés est vertueux en matière de gestion des déchets : le volume de déchets est divisé par cinq grâce au recyclage. Les 4% de déchets ultimes sont insérés dans une matrice dite vitrifiée qui permet de les conditionner de manière sûre, pérenne et stable, en confinant les éléments radioactifs sur le très long terme ; cela permet d’attendre sereinement une solution ultérieure de stockage géologique profond. Le recyclage permet pour un coût complet, hors actualisation, globalement équivalent au cycle ouvert, de gérer de manière sûre et responsable nos propres déchets, plutôt que de reporter le problème sur les générations futures. Le coût du recyclage des déchets nucléaires représente environ 10 euros par an et par foyer.
Orano a développé des compétences en matière de recyclage depuis 40 ans. Le coût du recyclage a baissé de 40 % sur la dernière décennie. 5000 salariés d’Orano travaillent sur le recyclage sur les sites de la Hague et de Melox dont plus de100 experts et autant de sous‑traitants =. Certains pays ont fait d’ailleurs appel aux compétences d’Orano par le passé (Allemagne, Belgique, Suisse) et d’autres ont fait le choix comme la France du recyclage (Japon, Russie, Pays-Bas, Australie, Italie, Chine).

M. Stéphane Sarrade, directeur-adjoint de l’innovation et du soutien nucléaire à la direction de l’énergie nucléaire du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) a rappelé que l’objectif était la fermeture du cycle.

À court terme, dans la perspective du maintien du traitement-recyclage du combustible usé, le « moxage » de réacteurs 1300 MW pourrait jouer le rôle d’amortisseur de la baisse du volume annuel de traitement dans un scénario de fermeture de 14 tranches 900 MW dont une majorité sont actuellement moxées.
Tel qu’il est actuellement pratiqué, la stratégie du cycle consiste à mélanger le plutonium récupéré avec de l’uranium appauvri pour fabriquer du MOX, lequel va de nouveau alimenter des réacteurs. À l’heure actuelle, ce recyclage est effectué une fois: alors qu’il a été mis en œuvre, le MOX contient des isotopes de plutonium difficilement utilisables dans la filière actuelle des REP. À moyen terme, il faudrait étudier de nouvelles solutions de recyclage de manière à pouvoir multi-recycler le combustible MOX dans les réacteurs à eau pressurisée (REP) actuels.
Sur le long terme, la solution la plus pertinente est bien celle du cycle fermé avec la mise en œuvre des réacteurs à neutrons rapides (RNR). Les RNR permettent de :
consommer tout type d'uranium, en particulier l'uranium appauvri issu des procédés d'enrichissement et l'uranium de retraitement issu du combustible usé ;
multirecycler le plutonium ;
réduire la radiotoxicité, la durée de vie et le volume des déchets ultimes.
- En raison d’une disponibilité encore relativement importante de l’uranium et des besoins technologiques et industriels, le développement de ces réacteurs à neutrons rapides ne pourra s’envisager que dans la seconde moitié de ce siècle. L’objectif est donc de s’appuyer sur la modélisation et sur des expérimentations existantes, mais aussi sur des collaborations avec nos partenaires russes et américains pour imaginer un réacteur de démonstration d’ici la fin du siècle. Le programme ASTRID n’est pas abandonné mais se déploiera dans ce nouvel horizon temporel.

M. Jean-Paul Glatz, chercheur au Centre Commun de Recherche européen

Le Centre commun de recherche est le service scientifique interne de la Commission européenne. Il réalise des recherches et fournit des conseils scientifiques indépendants, fondés sur des éléments factuels, qui contribuent à étayer l'élaboration des politiques de l'UE. Le centre commun de recherche européen travaille essentiellement sur le stockage direct combustible (en Suède, Finlande, Espagne et en Allemagne maintenant) et sur le cycle fermé. Actuellement, MYRRHA est au niveau mondial le premier prototype d'un réacteur nucléaire piloté par un accélérateur de particules, créant une importante puissance thermique. Cette expérience est importante pour montrer la faisabilité d’un schéma séparation-transmutation. Le principe de la transmutation est de transformer des radionucléides dont la période radioactive est très longue (jusqu’à plusieurs centaines milliers d’années) en éléments stables ou à vie plus courte.

Échanges avec les parlementaires présents

Quels réacteurs seront fermés ? Si ce sont les plus anciens, cela concerne les réacteurs dits « moxés ». Si tel est le cas, ne risque-t-on pas de mettre en péril le retraitement du combustible donc toute la filière « aval » du cycle ?

La compétitivité des réacteurs 900 MW est moindre, c’est pour cela qu’ils seront fermés en premier. 14 réacteurs à 900 MW seront fermés avant 2035. Certains de ces réacteurs qui seront fermés ne sont pas moxés (ainsi, les réacteurs de Fessenheim ne sont pas moxés). Il faut aussi prendre en compte le fait que certains réacteurs 1300 MW seront moxés.

Est-ce qu’il est prévu de « moxer » les EPR ? Combien coûte le passage au « moxage » des réacteurs à 1300 MW ?

Le design le permet. EDF a établi des scénarios où des EPR seraient moxés. Si les premières études ne mettent pas en évidence d’obstacles rédhibitoires à la faisabilité du moxage de réacteurs 1300 MW, des modifications devront cependant être apportées aux réacteurs (ajout de grappes de commande, adaptation des systèmes de protection et de sauvegarde,…) pour garantir leur fonctionnement en toute sûreté sans en pénaliser les performances de production (gestion combustible au moins équivalente à celle existante sur ces réacteurs). Des adaptations des emballages de transports devront être réalisées pour tenir compte de la spécificité des combustibles MOX 1300MW. En prenant en compte tous ces sujets, l’adaptation du système pour moxer 6 tranches coûtera, a minima, 500 millions d’euros. L’idée est d’obtenir une tête de série, un premier réacteur 1300 MW qui serait moxé, en 2028 et de déployer des réacteurs moxés à partir de 2032. Cela est compatible avec la fermeture de réacteurs 900 MW entre 2029 et 2035.

Connaissez-vous déjà les réacteurs qui seront urtés et moxés ?

Non, EDF met actuellement en œuvre une phase d’évaluation pour savoir quels réacteurs seront les plus adaptés

Puisqu’il y a environ 3 000 tonnes de combustibles de Mox usé entreposées qui contiennent 6 % de plutonium, cela veut dire qu’on dispose de 200 tonnes de plutonium, de quoi faire tourner 10 réacteurs à neutrons rapides. Pourquoi attendre la fin du siècle ?

Le besoin d‘un réacteur à neutrons rapides ne s’exprimera pas avant la fin du siècle. Cela n’est pas lié à un problème technique (des RNR ont déjà existé par le passé, à l’image de Phenix ou Superphenix), ni à un problème de ressources (matières) mais à un problème de compétitivité économique : les réacteurs RNR sont plus coûteux que les REP normaux. Aujourd’hui, les tensions sur le marché de l’uranium ne justifient pas le déploiement de réacteurs à neutrons rapides dans les années à venir.

Lastratégie que les industriels ont élaboré est fondée sur un déploiement de RNR par paliers successifs où coexisteront réacteurs REP et RNR.

Un enjeu important tient également au maintien, aujourd’hui, des compétences nécessaires au déploiement des RNR (alors que l’horizon de déploiement industriel est « flottant »). Le multi-recyclage en REP pourrait constituer une solution intermédiaire qui permet de bâtir des compétences, à la fois pour les réacteurs et les installations du cycle, qui seront utiles dans la stratégie des RNR. Les industriels se sont accordés pour établir un programme de R&D visant à évaluer la faisabilité technique, industrielle et l’intérêt économique de ce multi‑recyclage en REP.

Les industriels (Orano, CEA et EDF) ont établi une feuille de route commune couvrant trois horizons de temps : le court terme (2030) avec le moxage de réacteurs 1300 MW, le moyen terme (2045 – 2050) avec le multi-recyclage en REP (réacteurs de renouvellement de type EPR) et le long terme (2075 – 2080) : introduction progressive de RNR.

Envisagez-vous, si les réacteurs RNR tardent à être déployés, de stocker les MOX usés dans Cigéo ?

Si cela n’est pas l’objectif originel de Cigéo, des études sont réalisées sur le sujet. L’hypothèse retenue dans les comptes d’EDF au titre des provisions de gestion à long terme des déchets est d’ailleurs celle du stockage des MOX usés dans Cigéo, et ce à titre prudentiel.

Quel est le coût de construction du réacteur RNR par rapport à un coût REP ?

À date, il est évalué 60 % supérieur voire de 50 % avec optimisation (effet d’échelle).

Pouvez-vous nous fournir le chiffre exact des dépenses annuelles concernant Astrid ?

Le programme ASTRID implique à ce jour 200 collaborateurs du CEA sur la partie réacteur et environ 40 salariés sur la partie cycle. Cela correspond à environ 150 M€ par an.

Les réacteurs RNR changent-ils la physionomie du parc nucléaire ?

À date, la stratégie RNR est davantage complémentaire d’une stratégie de gros réacteurs que de petits réacteurs.

Où en est le projet ITER ?

Le projet ITER, implanté à Cadarache, est un programme de recherche qui vise à maîtriser une nouvelle source d'énergie : la fusion nucléaire. Il faut avoir en tête que c’est une machine de recherche, elle servira à un certain nombre d’expérimentations. La road map prévoit de passer à un réacteur de démonstrations dans la deuxième moitié du siècle. L’horizon temporel n’est pas le même que pour les RNR.

Que pensez-vous de la thèse selon laquelle, avec le laser développé par M. Gérard Mourou, prix Nobel de physique, on pourrait détruire les déchets nucléaires ?

Cette thèse repose sur un procédé porté par une société américaine Trialpha. L’idée est de dire qu’avec un laser de haute puissance, on peut accélérer des ions de deutérium qui vont entrer en collision avec une cible comportant d’autres ions pour réaliser une fusion et fabriquer des neutrons qui entreront dans un réacteur où auront été placés les déchets pour être transmutés. Tous ces éléments demandent à être étudiés afin d’imaginer un procédé industriel.

Il n’est pas sûr à ce jour que, toutes les étapes mises bout à bout, ce système fonctionne. Il faut également rappeler qu’il faut de l’énergie (en partie nucléaire !) pour faire fonctionner le laser haute intensité, ce qui engendre une production de déchets nucléaires.