Réduire la radiotoxicité en fermant le cycle du combustible nucléaire
Les actinides mineurs sont des éléments radioactifs à vie longue tels que l'américium (Am), le neptunium (Np) ou le curium (Cm), que l'on retrouve dans les combustibles nucléaires irradiés. Si ces radionucléides sont séparés pendant l'étape de séparation du processus de retraitement des déchets HLLW, puis transmutés dans une centrale nucléaire en radioéléments ayant une période radioactive plus courte, les déchets restants présenteront une radiotoxicité à long terme fortement réduite. Pour parvenir à ce résultat, le projet PELGRIMM, financé par l'UE, a étudié des combustibles nucléaires spécifiques en suivant deux approches: le recyclage homogène des actinides mineurs, où quelques pour cent d'actinides mineurs sont dilués dans des combustibles nourriciers d'oxyde d'uranium-plutonium (U, Pu)O2, et le recyclage hétérogène où les actinides mineurs sont concentrés dans des carburants UO2 situés dans la couverture radiale du noyau. PELGRIMM a d'abord dû surmonter plusieurs problèmes, comme la préparation et la mise en œuvre du nouveau test d'irradiation MARINE pour les carburants (U,Am)O2 dans le Réacteur à Haut Flux de Petten, Pays-Bas. Explorer les combustibles pour les recyclages homogènes et hétérogènes En ce qui concerne le recyclage homogène des actinides mineurs, PELGRIMM a étudié les performances de (U,Pu,Am)O2 sous irradiation par l'intermédiaire d'un programme expérimental sur les combustibles irradiés, afin d'enrichir la base de données disponible et, par le biais du développement de modèles, mettre les codes à jour. Pour le recyclage hétérogène, les chercheurs ont obtenu des résultats uniques sur les carburants (Am,U)O2 irradiés et le nouveau test d'irradiation MARINE a pu être mené à terme; les chercheurs ont également développé de nouveaux modèles pour décrire le comportement de l'irradiation du combustible. Coordinatrice du projet, le docteur Fabienne Delage reconnaît que les «ces deux types d'études sur les combustibles chargés en actinides mineurs ont démarré assez récemment. Les connaissances expérimentales demeurent limitées au procédé de fabrication à l'échelle du laboratoire, à une petite quantité de résultats d'essais hors pile et à de rares expériences d'irradiation.» Un autre aspect du projet a été l'étude des combustibles en forme de petites billes sphériques (spherepac), en tant qu'alternative aux pastilles standard. La technologie spherepac est intéressante pour les combustibles chargés en actinides mineurs car elle simplifie le procédé de fabrication, grâce à l'élimination de certaines étapes du procédé comme le broyage, le pressage et le meulage qui produisent des poudres (et de la poussière) de combustible. En outre, la compacité du procédé de fabrication serait augmentée. On suppose également, mais sans encore l'avoir testé, que les sphères pourrait assurer une meilleure performance du combustible sous irradiation, grâce à une meilleure accommodation à la dilatation des solides et une meilleure gestion de l'hélium généré au cours de l'irradiation. Selon le Dr Delage, «une contribution importante de PELGRIMM aux deux scénarios de recyclage des actinides mineurs a été de s'appuyer sur les études longues et en plusieurs étapes réalisées sur le potentiel des performances du combustible et l'évaluation de ses limites. Ces études sont en général plus longues que la durée d'un projet, qui est en général de trois à quatre ans.» S'appuyer sur de précédents succès Le projet PELGRIMM a en effet tiré parti des travaux de précédents projets financés par l'UE, tels que FAIRFUELS et ACSEPT, destinés à refermer de façon efficace le cycle du combustible nucléaire, et en définitive à réduire le volume et le contenu radioactif des déchets nucléaires à longue durée de vie devant être stockés dans des sites géologiques d'enfouissement. En ce qui concerne les prochaines étapes, le Dr Delage évoque la nécessité de quelques efforts supplémentaire en recherche et développement. Comme elle le souligne, «il est nécessaire d'enrichir l'ensemble des résultats d'irradiation, tout d'abord en réalisant et complétant des examens post-irradiation sur des combustibles irradiés déjà disponibles, puis en testant les combustibles dans des conditions de fonctionnement normal et anormal du réacteur.» Les autres domaines d'intérêt cités par le Dr Delage comprennent le développement de la base de données sur les propriétés des combustibles, l'établissement continu de codes prédictifs des performances des combustibles, l'amélioration des techniques de fabrication pour passer de l'échelle du laboratoire à l'échelle pilote, une meilleure prise en compte de la physique, de la conception et des performances de sécurité du cœur du réacteur, ainsi que la gestion des flux de déchets secondaires.
Mots‑clés
Radiotoxicité, nucléaire, actinide mineur, combustibles irradiés, irradiation, cycle du combustible nucléaire, déchets nucléaires, sites géologiques de stockage, combustibles nourriciers
