Les déchets nucléaires, dossier suite 3,

La vitrification.

 

 

Il existe de nombreuses méthodes pour conditionner les déchets de l’industrie nucléaire, et bien des recherches se poursuivent pour diminuer les volumes, améliorer le conditionnement et réduire la nocivité de certains d’entre eux. Le bilan actuel ne fait que justifier l’intérêt que l’on porte au verre, 96% des émetteurs bêta et gamma et 99,5% des émetteurs alpha se retrouvent, in fine, dans le verre.

Plusieurs pays ont choisi de vitrifier leurs déchets, mais le cas de la France reste unique de par les quantités produites, et la maîtrise de la technologie.

 

Sommes-nous en avance sur notre temps ou faisons nous fausse route ?

 

Les déchets de l’industrie nucléaire sont spécifiques, leur toxicité diminue avec le temps, en outre leur diversité nécessite des méthodes de conditionnement adaptées aux volumes et à leur nocivité, et par chance les plus dangereux sont aussi les moins nombreux. Le but recherché par le conditionnement est celui de disposer d’objets faciles à manipuler répondant à des normes strictes. Les objets primaires peuvent occuper tous les états de la matière, solide, liquide et gazeux. Le conditionnement conduit finalement à la fabrication de ce que l’on appelle un colis constitué d’une matrice chargée de piéger les radios éléments dans un conteneur qui permet, outre sa fonction d’écran, d’empêcher l’intrusion d’eau, et de bloquer les rayons alpha et bêta et une partie des rayons gamma, en assurant une manipulation aisée.

 

La vitrification.

Les recherches sur la solidification ont été lancées à peine dix ans après la seconde guerre mondiale aux États-Unis, en Angleterre, au Canada, et en France. Elles ont porté sur les liaisons chimiques à l’échelle atomique entre les radionucléides et la matrice, par opposition à un simple enrobage ou le déchet massif serait entouré d’un matériau bloquant comme une bouteille contenant un liquide tant qu’elle est fermée. Après plusieurs tentatives de recherche sur les micas et les feldspaths,

 

(un feldspath est un minéral à base de silicate double d’aluminium, de potassium, de sodium ou de calcium. Les feldspaths sont de la famille des tectosilicates. Il existe de nombreux feldspaths dont les principaux sont l’orthose potassique, l’albite, sodique, et l’anorthite, calcique. Le mélange de ces deux derniers donne la série des plagioclases. Les feldspaths forment le plus important groupe de minéraux de la croûte terrestre),

 

connus à l’époque pour leur capacité à fixer certains types de radionucléides. Les résultats ont été médiocres. Entre temps, des tentatives ont été faites pour synthétiser des roches par l’agencement de matériaux aux propriétés complémentaires, nouvel échec.

 

Ce sont vraisemblablement les Canadiens qui lancèrent les études en élaborant des verres alumino-silcatés par fusion de minéraux naturels imprégnées par des solutions de produits de fission. En France la décision de vitrifier les solutions hautement radioactives fut prise en 1958. Une génération s’est écoulée entre les premiers éléments tangibles issus des laboratoires et le premier verre produit industriellement de l’atelier de vitrification de Marcoule. Ce n’était pas un verre R717, onze ans encore s’écoulèrent avant de voir sortir le premier colis de la Hague.

Expérimentation de vitrification au Pacific Northwest National Laboratory. La vitrification des déchets nucléaires est une méthode permettant de les neutralisés, source wikipédia.

 

 

La France n’est pas le seul pays à avoir développé la vitrification. La Belgique, qui vitrifiait a finalement confié à la France cette vitrification. La Russie, les États-Unis, le Japon poursuivent la production de verres et des développements innovants. En Inde, cette technologie démarre, en Angleterre elle est sur le point d’être lancée. On dénombre actuellement pas moins de 25.000 colis de verre produits dans le monde. Pour plus de détails sur le verre borosilicaté organe essentiel de la protection contre les déchets fortement radioactifs, reportez-vous au livre de Stéfane Gin cité au premier dossier. Plusieurs sites traitent des déchets en France, par exemple sur Wikipédia ici.  

En outre, Stéphane Gin sur le site de Futura Sciences développe très largement les éléments de son livre ici.

 

La fabrication de verre borosilicaté R717.

Tout d’abord il faut satisfaire un certain nombre de contraintes incontournables, le verre doit accueillir des éléments très différents provenant de la solution de produits de fission. L’homogénéité apparaît donc comme une qualité indispensable pour assurer un comportement unique et constant des colis de déchets vitrifiés, interdisant la formation au sein d’un colis de microdomaines aux propriétés particulières, points chauds par exemple.

Cela implique que le verre ne cristallise pas au refroidissement, même partiellement. Ensuite, son élaboration, dans une ambiance très radioactive, nécessite d’un procédé fiable dont la maintenance puisse être réduite au minimum. Et ce n’est pas tout. Il faut aussi éviter la corrosion du pot de fusion, et également la dispersion de radioactivité pendant l’élaboration. Pour cela on cherche à fondre et à couler le verre à une température pas trop élevée en utilisant une composition de verre la moins corrosive possible.

 

Le verre R7T7 est un borosilicate. Pas à pas, les scientifiques sont parvenus à bâtir avec les industriels, son domaine de composition et fixer les paramètres d’élaboration. La matrice représente environ 85 % de la masse et le déchet radioactif les 15 % restants. Au premier ordre, la silice qui est l’oxyde majoritaire confère au matériau l’essentiel de ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques. Les autres éléments occupent des seconds rôles ou des rôles de figurants pour certains, mais dont il ne faut cependant pas sous-estimer l’importance car la pièce ne pourrait se jouer sans eux.

Un verre de silice pure fond à une température de 600 degrés supérieure à celle du verre R7T7. En outre il n’accepterait pas une telle diversité d’éléments sans perdre son homogénéité. Cette grande souplesse du réseau est due aux éléments modificateurs. Les éléments radioactifs quant à eux, sont dispersés de manière homogène dans le verre et forment généralement des liaisons chimiques fortes avec les principaux formateurs de verre (silicium, bore, aluminium, etc….).

 

Le verre R7T7 n’a peut-être pas encore livré tous ses secrets mais il est malgré tout considéré par la communauté internationale comme le meilleur verre industriel produit jusqu’à présent pour confiner les déchets de haute activité issus du traitement des combustibles usés. Il y a peut-être une petite part de chance pour expliquer ce succès car à l’époque des choix, c’est-à-dire à la fin des années 80, les études sur le comportement à long terme étaient loin d’être achevées. Les connaissances ont depuis beaucoup progressé et dans leur sillage, des concepts ont vu le jour pour leur gestion définitive.

 

Le prochain dossier sera le bitumage.