Le protocole des déchets nucléaires et ses limites

Les centrales nucléaires du monde produisent environ 10 000 tonnes de déchets de combustible usé chaque année tout en générant environ 10 % de l'électricité mondiale. Au cours de sept décennies, l'industrie a développé un système de gestion bien maîtrisé : le combustible usé passe du réacteur à des piscines de refroidissement, puis à des conteneurs secs, et finalement à des dépôts géologiques profonds. La Finlande est la plus avancée dans la construction d'une telle installation ; son site Onkalo sur la côte sud-ouest devrait devenir opérationnel cette année. Les États-Unis, en revanche, n'ont jamais pu faire avancer leur dépôt Yucca Mountain désigné en raison de l'opposition politique.

Maintenant une nouvelle génération de designs de réacteurs s'approche de la commercialisation, et les experts avertissent qu'ils nécessiteront des modifications — dans certains cas substantielles — tant dans l'infrastructure physique de gestion des déchets que dans les cadres réglementaires qui la gouvernent.

Nouveaux combustibles, nouveaux problèmes

Les réacteurs refroidis par gaz à haute température, comme ceux développés par X-energy, utilisent du combustible TRISO — des noyaux d'uranium entourés de multiples couches de protection incorporées dans des sphères de graphite. Le graphite, contaminé pendant le fonctionnement, ne peut pas être facilement séparé du matériau contenant l'uranium. L'ensemble doit être traité comme déchet de haut niveau, ce qui rend le flux de déchets considérablement plus volumineux que celui d'un réacteur à eau légère équivalent. X-energy note que les couches de protection du TRISO éliminent le besoin de stockage humide — le combustible peut aller directement au stockage sec — mais les défis de manutention en volume restent réels.

Les réacteurs à sels fondus présentent un problème différent. Le combustible nucléaire se dissout directement dans un sel fondu qui sert également de fluide de refroidissement. Cela signifie que le volume entier de sel fondu est effectivement un déchet de haut niveau lorsque le réacteur est déclassé, bien plus que dans les designs conventionnels où seuls les assemblages de combustible sont des déchets de haut niveau.

Réacteurs rapides et le problème de la chaleur

Les réacteurs rapides refroidis au sodium, représentés par le design Natrium de TerraPower (qui a reçu son permis de construction NRC début mars), brûlent le combustible plus complètement et extraient plus d'énergie par unité de matériau. Mais le combustible usé des réacteurs rapides contient une concentration plus élevée de produits de fission et génère significativement plus de chaleur par unité de masse.

La chaleur est la contrainte d'ingénierie primaire dans la conception du dépôt. Les dépôts profonds doivent s'assurer que le combustible usé ne chauffe pas la roche environnante jusqu'au point de compromis structurel ou de modifications de la chimie des eaux souterraines. La production de chaleur élevée du combustible de réacteur rapide signifie que les dépôts ont besoin d'un espacement beaucoup plus grand entre les colis de déchets ou d'un refroidissement actif pendant des périodes plus longues avant l'emplacement permanent — affectant tous deux la capacité et le coût.

Le fluide de refroidissement sodium introduit également une complication chimique : le sodium réagit violemment avec l'eau, donc le combustible contaminé par le sodium ne peut pas simplement aller dans les piscines de refroidissement à eau. TerraPower a conçu un processus de soufflage à l'azote pour d'abord éliminer le sodium résiduel, ajoutant une étape de manutention avec ses propres exigences de sécurité.

Ce que l'industrie fait pour y remédier

La Nuclear Innovation Alliance a publié un rapport complet de 2024 examinant les voies d'élimination pour chaque type principal de réacteur avancé. La plupart des experts s'accordent à dire que les cadres institutionnels existants peuvent accueillir de nouveaux types de déchets avec des modifications d'ingénierie, même si l'ampleur de ces modifications reste incertaine jusqu'à ce que les réacteurs soient réellement en fonctionnement. Comme le résume la chercheuse Allison MacFarlane : "Ces réacteurs n'existent pas encore, donc nous ne savons vraiment pas grand-chose, en détail, sur les déchets qu'ils vont produire."

Cet article est basé sur les reportages du MIT Technology Review. Lire l'article original.