Déchets radioactifs : Recycler vers un avenir durable

Publié par Aditya Rivonkar, le 21 janvier 2024   260

Intégrer les concepts de gestion des déchets radioactifs avec l'analyse du cycle de vie vers une économie circulaire.

Les déchets radioactifs sont un sous-produit des réacteurs nucléaires, des usines de traitement du combustible, des hôpitaux et des installations de recherche. Ils sont également générés lors du déclassement et du démantèlement des réacteurs nucléaires et d’autres installations nucléaires. Les déchets radioactifs proviennent de nombreuses sources, notamment la médecine nucléaire, la recherche nucléaire, la production d’énergie nucléaire, le déclassement nucléaire, l’extraction de terres rares et le retraitement des armes nucléaires.

 En France, le classement se fait en fonction de deux paramètres :

1. Le niveau de radioactivité :

 Le niveau de radioactivité des déchets radioactifs est généralement exprimé en becquerel (Bq) par gramme ou kilogramme. Il existe quatre niveaux d'activité différents pour les déchets radioactifs : activité de haute activité (HA), activité de niveau moyen (MA), activité de faible activité (FA) et activité de très faible activité (TFA). Les déchets de très faible activité varient de 0 à 100 Bq/g, et les catégories suivantes ont des activités initiales augmentant (généralement) de trois ordres de grandeur pour chacune des catégories. Ainsi, les déchets de faible activité vont de 100 à 100 000 Bq/g, les déchets de moyenne activité vont de 100 000 à 100 000 000 Bq/g et les déchets de haute activité dépassent 108 Bq/g.

2. La demi-vie :

 La demi-vie, exprimée en années, jours, minutes ou secondes, quantifie le moment auquel l'activité initiale d'un radionucléide est réduite de moitié. Le seuil de demi-vie est défini par la demi-vie du Cs-137 et est ainsi fixé à 31 ans. On distingue les déchets selon lesquels les principaux radionucléides ont une période courte (inférieure ou égale à 31 ans) et ceux à longue période (supérieure à 31 ans). Pour les premiers, on considère généralement que la radioactivité est fortement atténuée après dix périodes, soit environ 300 ans.

Classification des déchets radioactifs en France, inspirée de la classification de l'ANDRA

Les déchets métalliques radioactifs font référence aux déchets radioactifs contenant des composants métalliques. Lors du déclassement des centrales nucléaires, deux types de déchets métalliques radioactifs sont principalement générés, tels que la radioactivité volumétrique induite par l'activation neutronique de certains éléments des composants du réacteur tels que la cuve sous pression du réacteur (RPV) et la structure adjacente ; et la radioactivité de surface déposée sur les surfaces de divers composants hors noyau. Une fraction importante des déchets métalliques sont des composants hors cœur du réacteur, tels que des tuyaux caloporteurs et des tubes d’échangeurs de chaleur. Différents types de métaux sont utilisés dans la construction des centrales nucléaires, notamment les aciers inoxydables (SS), les aciers au carbone et les alliages de Ni.

 Les métaux peuvent être contaminés dans un réacteur nucléaire de diverses manières, telles que la corrosion, les dommages causés par les radiations et l'activation des neutrons. La corrosion dans les réacteurs nucléaires peut survenir en raison de l'exposition des métaux à des températures et des pressions élevées ainsi qu'à des produits chimiques corrosifs présents dans l'environnement du réacteur. Les Produits de Corrosion (CP) sont des éléments métalliques (cobalt, fer, nickel, etc.) directement libérés sous forme activée ou qui s'activent lors du passage sous flux neutronique. Les principaux CP responsables des débits de dose sont le 60Co et le 58Co, les autres sont le 51Cr, le 54Mn, le 59Fe. Ces produits se trouvent dans les couches de corrosion des métaux, et la décontamination de ces métaux implique généralement l'élimination des couches de corrosion à la surface du métal avec une attaque minimale du métal de base.

Il existe plusieurs méthodes pour décontaminer les déchets métalliques radioactifs, telles que la décontamination par réactif chimique, la décontamination au laser et l'électrocoagulation. L’une de ces méthodes de décontamination utilisant des réactifs chimiques est le processus de réduction de l’oxydation chimique avec un mélange de permanganate nitrique et d’acide oxalique (COREMIX), qui est un processus de décontamination en deux étapes. Dans la première étape, l'ion permanganate (MnO4-) est utilisé pour oxyder la couche d'oxyde de chrome et libérer des IONS chromates. Dans l’étape suivante, de l’acide oxalique est ajouté pour réduire l’ion permanganate en ions aqueux Mn2+ et pour dissoudre la couche d’oxyde enrichie en Fe et Ni de la surface des alliages. Chaque étape dure entre trois et six heures et peut être répétée plusieurs fois. Les solutions peuvent ensuite être traitées avec une résine échangeuse d'ions pour extraire les métaux dissous14 ou peuvent subir un processus de précipitation pour précipiter les métaux et réduire l'utilisation de résines, réduisant ainsi davantage les déchets radioactifs, tandis que l'acide oxalique restant est détruit par l'ajout de H2O2 dans la présence d'UV/chauffage.

Les activités de décontamination ont tendance à générer de grands volumes de déchets radioactifs et de déchets liquides dans le processus COREMIX, et par conséquent, l'alignement des concepts d'analyse du cycle de vie (ACV) avec la décontamination favoriserait une solution durable.  LCA est une méthode utilisée pour évaluer l'impact environnemental d'un produit tout au long de son cycle de vie, englobant l'extraction et le traitement des matières premières, la fabrication, la distribution, l'utilisation, le recyclage et l'élimination finale.

Image de couverture : Shutterstock/Sazhnieva Oksana