Les déchets nucléaires, dossier suite 4,

le bitumage.

 

 

Le procédé de bitumage, largement utilisé en France pour conditionner en ligne les boues résultant du traitement des effluents liquides par précipitation chimique est un procédé éprouvé qui bénéficie d’un large retour d’expérience.Toutefois, la mise en œuvre de ce procédé pour conditionner des boues anciennes entreposées en silos a nécessité des études dédiées, d’une part pour garantir la sûreté du procédé en présence de déchets de composition variée et susceptibles d’initier des réactions exothermiques, et d’autre part pour augmenter l’activité spécifique de chacun des colis produits, et donc réduire le nombre total de colis, tout en garantissant le non-débordement du colis après cinquante ans, dû à la production de gaz de radiolyse.

Les études conduites sur la maîtrise du risque incendie ont abouti à la définition par simulation d’un domaine de fonctionnement sûr. Cette simulation s’appuie sur les paramètres cinétiques des réactions exothermiques au sein de l’enrobé, lesquels sont déterminés par mesures micro-calorimétriques avant enrobage. Parallèlement, l’optimisation de l’activité maximale admissible par fût s’est appuyée sur une modélisation du gonflement des enrobés et sur la maîtrise du phénomène de piégeage de l’hydrogène de radiolyse par des sels de cobalt. Elle conduit à une division par trois environ du nombre de colis. L’ensemble de ces résultats permet d’envisager que des opérations de reprise industrielle des boues anciennes de La Hague soient effectuées en 2006.

 

Le procédé de bitumage.

Le procédé d’enrobage par bitumage consiste à mélanger à chaud des déchets sous forme de boues à du bitume. Le mélange obtenu est déshydraté et coulé dans un conteneur où il est refroidi. L’enrobage bitume assure à la fois la déshydratation du déchet, sa dispersion homogène et l’immobilisation des radionucléides au sein de la matrice. Le bitume a été choisi comme matériau d’enrobage des déchets radioactifs pour son pouvoir agglomérant élevé, sa grande inertie chimique, son imperméabilité, sa faible solubilité dans l’eau, son pouvoir de confinement important, sa faible température de mise en œuvre, son coût modéré et, enfin, sa disponibilité.

En France, le procédé de bitumage a été développé dès les années 1960 pour conditionner les boues de précipitation résultant du traitement des effluents liquides.

Cogema a produit quelques 70.000 fûts de 220 lites de bitume chacun. Pour fixer les idées la production de ce type de déchets pour 40 ans d’exploitation du parc actuel de centrales est estimée à 100.000 colis. Cela peut paraître beaucoup mais c’est une quantité à peine suffisante à celle nécessaire pour construire 10 kilomètres d’autoroute !

Sa mise en œuvre industrielle en ligne s’est faite en 1966 à Marcoule dans la station de traitement des effluents et en 1989 à La Hague dans l’atelier STE3. Cette dernière installation est constituée d’une unité de préparation et d’alimentation en boues, d’une cuve d’agent tensioactif, d’une installation de production et distribution du bitume, d’une extrudeuse-sécheuse, voir la figure C.2-12 ci-dessous, d’un poste de coulée, d’un poste d’enfûtage et d’une installation de traitement des vapeurs et distillats. Le volume des colis de bitumes prévus par le MID [LAG-02], voir ici , est de 36 000 m3, soit environ 100 000 colis.

 

Document C.E.A., figure C.2.12 , Schéma d’unité d’enrobage Cogema/La Hague : Werner VDS VT 120, référence voir ici.

 

Parce que la gestion actuelle des effluents vise à minimiser le nombre et la diversité des colis de déchets produits, le bitumage est réservé aux effluents sodés et à divers effluents de laboratoire non vitrifiables ou stabilisables dans le ciment. Éprouvé, le procédé bénéficie d’un large retour d’expérience et ne nécessite pas, pour le traitement en ligne des effluents, de développements complémentaires.

 

Le bitumage des boues STE2.

Avant la mise en œuvre du bitumage en ligne à La Hague, l’exploitation de 1966 à 1989 de la première station de traitement d’effluents de La Hague, l’atelier STE2, a généré environ 9 300 m3 de boues entreposées dans sept silos en attente de conditionnement. Il existe de nombreuses similitudes entre les boues aujourd’hui traitées dans l’atelier STE3 et les boues STE2. C’est pourquoi Cogema, compte tenu des qualités de confinement du bitume et du retour d’expérience significatif sur l’atelier STE3, a retenu le bitumage comme procédé de référence pour ce déchet.

Toutefois, les boues STE2 présentent certaines spécificités, liées notamment à la présence de carbonate de calcium et de sels de magnésium issus du traitement d’effluents résultant de la séparation des gaines des combustibles de réacteurs de la filière UNGG. La centrale nucléaire de Chinon regroupe 3 réacteurs de la filière graphite-gaz (UNGG), arrêtés depuis respectivement 1973, 1985 et 1990.

En outre, pour réduire la quantité de colis produits, Cogema a souhaité augmenter les activités spécifiques incorporables dans chaque fût. Ces deux points ont nécessité des études spécifiques pour compléter le procédé mis en œuvre dans STE3 afin de l’adapter au traitement de déchets anciens tout en garantissant la sûreté du procédé et en conservant les performances du colis.

 

Le premier objectif de R&D, maîtriser la sûreté du procédé, s’est traduit par la mise en place d’une démarche robuste permettant de prévenir tout risque d’incident lors de l’élaboration des enrobés. En effet, la présence de composés oxydants et réducteurs peut conduire, lors du refroidissement des fûts, à l’initiation de réactions exothermiques pouvant entraîner l’auto combustion de l’enrobé. La première étape a consisté à identifier les composés réactifs aux températures d’enrobage, les nitrates et les sels de cobalt, et à caractériser la puissance thermique dégagée puis la cinétique de réaction, à l’aide de mesures par microcalorimétrie.

En parallèle, le refroidissement des fûts d’enrobé a été modélisé. Des valeurs pénalisantes ont été choisies pour les données d’entrée, afin de simuler de manière enveloppe la température maximale atteinte dans le fût. La seconde étape a donc consisté à réaliser une étude paramétrique afin de définir un domaine de fonctionnement sûr du procédé en fonction des paramètres cinétiques. En exploitation, la détermination des paramètres cinétiques sur les boues réelles avant enrobage et leur confrontation avec l’abaque du domaine de fonctionnement sûr permettra de garantir l’absence d’emballement thermique.

 

Le protocole de détermination des paramètres cinétiques est en cours de transfert industriel.

 

La faisabilité de chacune des étapes de fabrication d’un enrobé dopé en sels de cobalt a été démontrée à l’échelle laboratoire. Une campagne expérimentale de bitumage des boues STE2 a été mise en œuvre à partir de novembre 2005. L’ensemble de ces résultats, qui seront confortés par cette campagne expérimentale, permet d’envisager que des opérations de reprise industrielle des boues STE2 de La Hague puissent commencer dès 2006 dans l’atelier de bitumage STE3.

 

Le prochain article sera la cimentation.

24 réflexions sur « Les déchets nucléaires, dossier suite 4, »

  1. [i][b]Anido,

    bonjour…

    Désolé, je ne peux rien commenter, encore moins poser des questions… Je ne suis pas scientifique de formation… Cependant, j’imagine que ce bitume peut servir pour faire des routes ?

    Avec toute mon amitié,

    Dominique[/b][/i]

  2. [b]Dominique[/b] bonjour,

    Tu n’es pas scientifique mais tu es gentil et très intentionné.

    Tout à fait, c’est, je crois, le même bitume ou presque équivalant à celui des routes.

    Je ne pose la question si je fais bien d’écrire des articles quelques peu scientifiques, mais comment traiter un sujet de cet ordre sans en présenter le détail ?

    Je crois que je perturbe l’esprit du site, et finalement je dérange.

    Quand penses-tu ?

    Bien à toi,

    Anido

  3. [b]Anido[/b], bonjour…

    [i]Non ! Tu ne déranges pas, d’autant que, dans tous les médias, il y a des articles scientifiques traitant de tous les sujets que tu traites ![/i]

    Cependant, je ne puis guère remplir ta page de commentaires, puisque, comme tu le sais, je n’ai aucune formation scientifique, et je n’y connais rien dans le domaine du nucléaire…

    Alors, [i]et je me répète[/i], tu ne déranges pas ! Ceci dit, il est fort dommage que tes articles ne soient pas assez commentés, notamment par des personnes qui peuvent argumenter avec toi.

    Pour ma part, je ne suis venu ici que pour te lire, ce, même si cela dépasse mon niveau de compétences !

    Avec toute mon amitié,

    [b]Dominique[/b]

    [b][u]PS[/u] :[/b] [i]bien entendu, j’ai voté [b]SUPER[/b] ![/i]

  4. Je ne crois pas que vous perturbiez, d’aucune façon l’esprit du site, Anido. Votre dossier sur le nucléaire peut paraître complexe, en raison des notions auxquelles il fait appel, pourtant il a quand même suscité 32 commentaires, pour le dossier 2 à lui seul (la petite discussion entre Libertinus et moi y est peut-être pour quelque chose;)?). Ce qui démontre qu’il y a un intérêt bien réel pour la question de l’énergie.

    Amicalement

  5. Bon ! Entrons dans le vif du sujet. Il est question dans votre article, Anido, du bitumage. Cependant, le bitume, s’il est de la même nature que celui utilisé pour les routes, d’après ce que je saisis de votre réponse à Dominique, a certainement une durée de vie limitée. Cela peut-il éventuellement altérer l’efficacité de l’entreposage des déchets radioactifs ?

    Par ailleurs, j’ouvre un aparté au sujet de l’utilisation du plomb dans le monde médical utilisé comme écran de protection des sources radioactives (ex isotopes médicaux etc…). Pourrait-on, à ce propos, utiliser le plomb pour conditionner les boues anciennes ? Les résines polymères peuvent elles également être utilisées pour entreposer ces déchets, compte tenu de leur très grande intégrité et durée de vie ?

    Amicalement

  6. [b]Northlandnews[/b] bonsoir,

    C’est ce que j’ai pensé Northlandnews et c’est vrai qu’il a suscité des commentaires.

    Je vous remercie de votre contribution avec Libertinus qui a été passionnante.

    Bien cordialement,

    Anido

  7. Ne me remerciez pas Anido, remercions tous le «batteur à œufs» qui nous a bien fait rigoler!
    ;D 😀 😀 😀 😀

    Amitiés

  8. [b]Northlandnews[/b] bonjour,

    Pertinente question que celle du plomb !

    J’ai beaucoup cherché pourquoi le plomb n’apparaissait pas dans les documents que j’ai consultés eu égard à ses qualités d’écran aux rayonnement radioactifs.

    En fait, je comprends deux choses, la première est que les déchets produisent longtemps de la chaleur de sorte qu’ils sont placés pendant au moins deux années en piscine pour qu’ils se refroidissent avant d’être conditionnés, et le plomb n’aime pas la chaleur.

    La seconde, des pigments de plomb sont ajoutés aux conteneurs de stockage des déchets.

    En outre, le plomb est un matériau lourd qui n’existe pas en grande quantité, c’est probablement une des raisons complémentaires qui a conduit à développer un verre spécial répondant, par sa fusion avec les déchets, à garantir la longévité de conservation de ces déchets.

    Les colis ainsi constitués forment un ensemble homogène.

    De plus la masse des colis serait élevée rendant leur manutention difficile.

    Un autre paramètre qu’il convient de prendre en compte, est-ce l’enrobage au plomb n’empêcherait pas en fait la conservation de la radioactivité par suite de ses qualités hermétiques, ce qui serait contraire au but recherché.

    Pour que les déchets deviennent inoffensifs, il faut qu’ils perdent lentement leur radioactivité.

    Bien à vous,

    Anido

  9. Merci bien de cette réponse complète et détaillée, Anido. En ce qui à trait aux résines polymères, dont il était aussi question dans mon précédent commentaire, est-ce les mêmes inconvénients qu’avec le plomb?

    Amicalement

    North

  10. [b]Northlandnews[/b],

    Dans le problème des déchets nucléaires, il ne faut pas perdre à l’esprit que ce qui est développé dans les livres ou sur les sites n’est que ce que l’on veut bien nous faire connaitre.

    C’est un problème dont la publication n’est autorisée que jusqu’à ce quelle n’entrave pas les secrets industriels scientifiques et militaires.

    On ne connait pas la composition de verre R717, elle doit être soumise au secret militaire vu son importance stratégique dans la conservation des déchets.

    Je ne peux répondre à votre question, il est vraisemblable que des résines polymères doivent être utilisées par suite de leurs qualités ?

    Anido

  11. Il est vrai Anido que l’on sait peu de chose sur la composition de ces verres borosilicatés. Au vu des risques que cela impliquerait d’en révéler les faiblesses et que celles-ci soient utilisées à des fins malintentionnées, je suppose. Ceci dit, merci de vos recherches sur le sujet et d’avoir éclairé ma lanterne pour mes questions ;).

    Amicalement

    North

  12. pourquoi pas du cristal de Bohème, au plomb ?
    Pour les résines , je n’y crois pas beaucoup car les dégradations de polymères par irradiation se produisent rapidement et on risquerait de voir les polymères tomber en poussière, ce qui n’est pas le but recherché.

  13. [b]Veritas[/b] bonjour,

    Je vous reconnais à votre compétence lorsque vous évoquez que les radiations peuvent réduire les polymères en poussière.

    Ce serait vrai, tout comme certaines nuances d’acier s’ils étaient utilisés comme tels.

    Seulement, j’ai pensé qu’ils pouvaient être utilisés comme liant dans la composition du conditionnement des déchets sous forme de pigments.

    Bien à vous,

    Anido

  14. Bonjour NIDOLGA
    pour le bitume , le vieillissement n’est pas garanti non plus, d’après moi ; d’après ce que je peux savoir des bitumes qui ne tiennent pas bien aux UV conjugués à l’eau de ruisselement et les rayons gamma sont bien plus destructeurs que les simples UV solaires.
    Certe la possibilité de ruisselement est en principe controlée ….
    Moi j’aimerai attirer l’attention du public sur la gestion des anciennes mines d’Uranium et de leurs déchets minéraux : une région est principalement sinistrée en France – le nord de Limoges.

  15. [b]Veritas[/b],

    Sur le plan technique le bitumage est une opération assez simple, elle consiste à mélanger à une température de 150 ° les boues et le bitume liquide. le produit obtenu une fois déshydraté est coulé dans un conteneur métallique puis refroidit jusqu’à l’obtention d’un solide. L’ensemble constitue une imperméabilité et une insensibilité à la plupart des agents chimiques donnant une bonne matrice de confinement. Mais la médaille à un revers, une part importante des sels piégés dans les ports ne demandent qu’à se dissoudre. L’eau reviendra inévitablement chercher les éléments confinés dans cette matrice. Il faudra donc que cela survienne quand la radioactivité aura suffisamment décrue. En outre les rayons émis par les désintégrations radioactives provoquent des dégâts sur le bitume qui ont pour conséquence la production d’hydrogène et donc le gonflement du matériau. Cela n’est pas catastrophique à condition que soient prises en compte dans la conception du colis les mesures pour que celui-ci garde son intégrité. Tous ces risques sont connus et maîtrisés. Globalement le bitume peut être considéré comme une bonne matrice. Les valeurs calculés sont de l’ordre de 10 mille ans pour l’intrusion de l’eau, et de [b]plusieurs millions d’années[/b] pour que tous les radioéléments quittent le colis.

    Voila ce que je peux vous décrire sur le bitumage.

    Anido

  16. Les valeurs calculés sont de l’ordre de 10 mille ans pour l’intrusion de l’eau …
    théorique , mon cher NIDOLGA !
    quant a Bessine sur Gartempe par exemple ou à Margnac, il n’y a pas besoin d’attendre 10000 ans. On peut même dire que le gros de la vague est passé !
    Quant au plutonium , on en parle même pas !

  17. [b]Veritas[/b] bonsoir,

    Ce n’est pas moi qui ait fait les calculs Veritas, ceux qui les ont faits sont impliqués dans le nucléaire, et de plus ils sont sérieux.

    Pour le plutonium ses déchets sont de classe C HAVL, donc leurs conditionnement n’est pas fait par le bitumage mais au moyen des verres R717 qui est décrit dans le précédent article.

    Bien à vous,

    Anido

  18. Je me pose toujours des questions sur l’utilisation de bitumes pour bloquer des déchets nucléaires dans des fûts. C’est une pratique assez courante notamment en Belgique et en France.

    On constate que certains fûts gonflent ou débordent, à cause de la radiolyse.

    Ces fûts doivent-ils être reconditionnés (à quel prix ? Qui va payer ?). Sont-ils compatibles avec l’argile pour un éventuel stockage dans l’argile ?

    Voir aussi le forum sur

    http://www.vraiforumnucleaire.be

  19. En ce qui concerne les déchets « défectueux » (en Belgique … mais la situation est semblable à Marcoule), un article de « La Libre » :

    Plus de 400 fûts de déchets radioactifs défectueux

    En Belgique, pour les plus dangereux, il n’existerait pas encore de solutions.

    Plus de 400 fûts de déchets radioactifs stockés à Dessel sont considérés comme défectueux et pour une partie d’entre eux, estimés dangereux, rapportait Le Soir dans son édition de samedi, en répercutant le contenu d’un rapport de l’Organisme national de gestion de déchets radioactifs (Ondraf).

    Au total, ce ne serait pas moins de 426 fûts nucléaires de 400 litres de matière radioactive, mélangée à différents composants (ciments, bitume) qui présentent des défauts de natures diverses, qui nécessitent au minimum un reconditionnement et au mieux une solution de stockage définitif. Parmi eux, 124 colis, `moyennement radioactifs´, datant de 1983 à 1989, sont considérés comme plus dangereux, en raison de leur rayonnement plus intense, et nécessitent une autre solution.

  20. [b]Jean[/b] bonjour,

    Dans le commentaire que j’ai fait à Veritas j’évoque bien le gonflement des futs dû à la production d’hydrogène.

    J’ai aussi indiqué que cela n’était pas catastrophique à condition que soient prises dans la conception des colis les mesures pour qu’ils conservent leur intégrité.

    Il semble donc que cela n’est pas été le cas pour la Belgique.

    Pour les déchets les plus dangereux, le problème est le conditionnement par le verre R 717 puis ensuite l’entreposage pour que les colis se refroidissent avant leur mise en grande profondeur 500 m c’est la solution retenue actuellement par tous.

    Le prochain dossier porte sur la cimentation.

    Qui va payer, quelle question ,NOUS !

    Les prochains dossiers mentionnent cette solution.

    Bien à vous,

    Anido

  21. Anido,

    Je trouve vos articles scientifiques passionnants et ils ont une place privilégiée sur ce site, pluridisciplinaire mais surtout politique.

    il est temps que les scientifiques prennent une place dans la société, comme au siècle des Lumières plutot que de laisser d’autres déformer leur idées ou visions.

    on ne peut prendre de bonnes décisions que si on est bien informé

    bien cordialement

  22. [b]AgnesB[/b] bonjour,

    Merci de votre compliment.

    Vous savez, j’ai toujours aimé l’histoire, et pour moi, elle est à la base de notre comportement, c’est à partir d’elle que nous agissons.

    Dans ce contexte, notre culture qui soit politique scientifique ou économique ou un peu de tout cela, nous conditionne à écrire avec respect, et avec honneur en essayant de donner des informations vraies autant que faire se peu.

    La culture scientifique vous conditionne à écrire avec des références et à développer ensuite votre pensée, que ce soit dans la politique ou la science ou d’autres domaines.

    Il faut écrire à partir de sa réflexion philosophique, littéraire, politique ou autre mais toujours à partir d’un support.

    J’aurais pu écrire ces dossiers, [b]qui ne sont pas exhaustifs loin s’en faut[/b], sans chercher ce que sont ces déchets et sans chercher à en faire l’analyse, mais ce n’est pas ma culture, et je comprends qu’elle puisse choquer dans un site populaire.

    Ils ont un but d’information, mais ils ne répondent pas à tout d’une part par ce que le sujet est loin d’être clos, et d’autre part par ce que cette activité nucléaire est sensible couverte par le secret militaire, scientifique et industriel.

    De plus, elle est politique.

    Bien à vous,

    Anido

  23. Anido,,

    c’est vrai , la culture scientifique nous pousse à chercher les vérités, à interroger les contraires, verifier dans le doute, à ne pas affimer et mettre une idéologie ou une croyance en place aussi facile ou séduisante soit elle. A une grande tolérance et parfois une angoisse existentielle.

    Et l’Histoire nous montre que ce à quoi on croyait dur comme fer à 20 ans est une mode passagere avec quelques récurrences diabolisées comme la FM, votre dernière étude exhaustive et passionnante.

    En vous remerciant de nous faire partager votre savoir et de permettre à d’autres spécialistes de s’exprimer et de nous eclairer

    Bien cordialement

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