Le stockage des déchets nucléaires

La France a une position particulière. Son électricité est produite quasiment sans carbone grâce à l’hydraulique et au nucléaire (Lire : Les réacteurs nucléaires), ce qui est un atout de taille pour limiter efficacement et rapidement les émissions de gaz à effet de serre (GES) et, par là, le risque potentiellement considérable d’un réchauffement climatique incontrôlé[1]. Cet atout est cependant contesté par ceux qui jugent excessifs les risques de l’énergie nucléaire, notamment sous l’angle du stockage de ses déchets (Lire : Production et gestion des déchets radioactifs des industries électronucléaires). D’où le débat qui a été lancé par le Plan National de Gestion des Matières et déchets Radioactifs (PNGMDR).

Ce Plan, publié pour la première fois en mai 2007, résulte de l’application de la loi de programme du 28 juin 2006 relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs. Son élaboration avait débuté dès 2003 sous l’égide de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN). Mis à jour tous les 3 ans, le PNGMDR dresse le bilan des modes de gestion existants des matières et des déchets radioactifs, recense les besoins prévisibles d’installations d’entreposage ou de stockage, et précise les capacités nécessaires pour ces installations et les durées d’entreposage (Lire : La sûreté nucléaire).

Parallèlement à la publication du Plan, des débats ont été organisés. Celui tenu entre septembre 2005 et janvier 2006 avait conduit au vote de la loi sur la gestion des déchets radioactifs, promulguée le 28 juin 2006[2]. Le suivant, plus général, organisé en 2013 avait été largement avorté, à cause de l’opposition d’organisations hostiles, parfois même physiquement, à toute consultation sur ce thème[3].

Dans sa version 2019 – 2021, le cinquième PNGMDR a été présenté par l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN). Il traite de l’intégralité des thèmes reliés à la gestion des déchets et matières nucléaires, quelles que soient leurs origines (industrie, énergie, secteur médical, enseignement, défense nationale). Il s’appuie sur un inventaire national des matières et déchets radioactifs géré par l’Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs (ANDRA). Pour la première fois depuis sa première édition, à l’issue d’un débat qui s’est déroulé du 17 avril au 25 septembre 2019, il est soumis à enquête publique.

Ce document fournit une vue d’ensemble factuelle sur la quantité de déchets produits par les réacteurs nucléaires, sur leur prise en charge et la réalité des risques encourus par les populations. Il se focalise sur la question des déchets de haute activité et à vie longue devant être stockés sur le site du Centre Industriel de stockage GEOlogique (CIGEO) (Figure 1).

Figure 1. CIGEO. [Source: L’EnerGreek]

1. De quels déchets s’agit-il ?

Contrairement aux déchets chimiques industriels renfermant des éléments toxiques comme l’arsenic, le plomb, le cadmium ou le mercure dont la durée de vie est infinie, les déchets nucléaires renferment des radionucléides qui disparaissent avec le temps, même si, pour certains d’entre eux il faut très longtemps. Par ailleurs, plus les radionucléides durent longtemps et moins ils sont radioactifs ! En effet, qui dit grande durée de vie dit faible taux de désintégration. Exemple : l’iode 129, d’une demi-vie[4] de 15 millions d’années, est 700 millions de fois moins radioactif que l’iode 131, responsable des cancers de la thyroïde de Tchernobyl, dont la demi-vie n’est que de 8 jours. Ce, alors même que l’on imagine souvent que les deux iodes sont les mêmes et ont les mêmes conséquences radiologiques !

Les déchets actuels, composés de produits de fission et d’actinides mineurs enrobés dans du verre, doivent être refroidis pendant quelques dizaines d’années. Ils sont entreposés en surface ou en sub-surface, sous surveillance, sans qu’aucune conséquence sur la santé publique n’ait jamais pu être observée. La pratique actuelle d’entreposage en surface est globalement satisfaisante, même si elle peut être encore améliorée, et ce, aussi longtemps que la production d’électricité nucléaire continuera.

Dès que la puissance dégagée devient suffisamment faible pour ne plus nécessiter de refroidissement, il devient possible de stocker les déchets à quelques centaines de mètres de profondeur, à l’abri d’éventuelles agressions criminelles et des conséquences possibles de changements climatiques à long terme.

Le bon sens dit qu’un stockage à quelques centaines de mètres de profondeur serait encore plus sûr qu’un stockage en sub-surface. Or tout se passe comme si l’on craignait davantage un stockage en profondeur qu’un stockage en surface !

2. Quels volumes de déchets ?

Un réacteur d’une puissance de 1000 mégawatts électriques (MWe) produit environ 30 tonnes de combustibles usés par an, soit environ 3m³. La principale partie de ces combustibles est composée d’uranium, environ 28,7 tonnes, correspondant à l’extraction de 120 tonnes d’uranium naturel (Lire : Le cycle du combustible nucléaire). Ils contiennent aussi environ 1 tonne de produits de fission,

• dont 45 kg de nucléides de demi-vie d’environ 30 ans (césium 137 et strontium 90) ;
• 65 kg de nucléides à demi-vie plus longue ;
• environ 220 kg de plutonium et 18 kg d’actinides mineurs[5] (américium, curium et neptunium).

La quantité de déchets finaux à stocker dépend de la conception choisie de l’avenir de la filière nucléaire.

Un scénario de sortie du nucléaire conduit à envisager que la totalité des combustibles usés soit stockée en couche géologique profonde (Figure 2). La pratique du retraitement[6] et du MOX n’y changera pas grand-chose, car, au bout du compte, il faudra stocker l’uranium de retraitement, les combustibles MOX usés et les déchets du retraitement.

Figure 2. Stockage géologique profond. [Source : © Afis]

Au total, par réacteur de 1000 MWe, environ 30 tonnes de déchets de haute activité et à vie longue (HAVL) devront être enfouis chaque année dans un stockage géologique[7].
Dans le cas contraire, celui d’un nucléaire durable reposant sur l’utilisation future de réacteurs surgénérateurs, aussi bien l’uranium de retraitement que le plutonium doivent être considérés comme des ressources ce qui réduit la quantité de déchets HAVL destinée au stockage géologique à environ 1 tonne par an.

Il faut y ajouter la production d’une vingtaine de tonnes de déchets de moyenne activité et longue durée de vie (MAVL) ayant une radioactivité totale de quelques pour cent de celle des déchets HAVL, ne dégageant pratiquement pas de chaleur, et qui sont ainsi beaucoup plus faciles à gérer.

Un scénario de sortie du nucléaire conduit donc à devoir gérer une quantité de déchets HAVL près de 30 fois plus important qu’un scénario de nucléaire durable. Un tel scénario exigerait aussi de prendre rapidement la décision du stockage géologique puisqu’il supposerait la disparition assez rapide des compétences nucléaires qui, en 2021, assurent la sûreté des entreposages. Une telle disparition est déjà observable dans un pays comme l’Italie. Contrairement à ce qui s’est passé en Allemagne et en Belgique, une décision de sortie du nucléaire ne saurait donc être prise avant que le stockage géologique soit assuré. Réclamer la sortie du nucléaire et s’opposer à la réalisation d’un site de stockage géologique est irresponsable (Lire : Les risques d’exploitation du Centre industriel de stockage géologique (CIGEO)).

3. Comparaison des volumes de déchets entre filières énergétiques

Au niveau mondial, début 2021, l’électricité est produite à 37 % par des centrales au charbon (Lire : L’électricité dans le mix énergétique mondial : dynamique d’évolution et interprétations). Une centrale à charbon de 1000 MWe consomme environ 4 millions de tonnes de charbon par an (Lire : Charbon minéral : une demande toujours soutenue). Elle produit en moyenne 30 0000 tonnes de cendres renfermant 400 tonnes de métaux lourds (cadmium, nickel, mercure, plomb) et autres produits toxiques (antimoine, arsenic, béryllium, fluor), et des nucléides radioactifs, dont 5 tonnes d’uranium et 13 tonnes de thorium dont leurs descendants (radium, radon, polonium). Ces radioéléments ne sont pas gérés, contrairement à ceux produits dans le cycle nucléaire. De plus, la centrale à charbon rejette chaque année 10 millions de tonnes de gaz carbonique dans l’atmosphère ainsi que des dizaines de milliers de tonnes de cendres volantes et de particules fines.

La comparaison des volumes des déchets nucléaires à celui des autres déchets industriels toxiques est particulièrement instructive. Au cours de l’année 1998, dans l’Union Européenne :

• le volume de déchets nucléaires de haute activité (HAVL) atteignait, avec leurs containers, 150 m³, soit un cube de 5,5 mètres de côté ;
• le volume total des déchets nucléaires, y compris ceux de faible activité, totalisait 80 000 m³, soit un cube de moins de 45 mètres de côté ;
• celui des déchets industriels toxiques 10 millions de m³, soit un cube de 215 mètres de côté ;
• et celui de tous les déchets industriels 1 milliard de m³, soit un cube de 1 kilomètre de côté (Figure 3).

Figure 3. Déchets industriels banals. [Source : Biannasera.com]

Les gestions des déchets industriels toxiques et des déchets nucléaires à court ou long terme sont difficilement comparables mais on connait des cas d’intoxication grave au plomb ou au mercure, même dans les pays développés, alors que dans ces mêmes pays on n’a jamais rapporté de cas d’exposition aux rayonnements ayant entraîné des conséquences significatives pour le public du fait de la gestion des combustibles usés ou des déchets de retraitement.
 

4. Le stockage en site géologique profond

Aussi longtemps qu’ils restent confinés sous terre, dans le site de stockage géologique, les déchets nucléaires ne présentent aucun danger pour le public. C’est la contamination des eaux superficielles par des radionucléides à vie longue qui pourrait peut-être constituer un risque pour le futur. Pour qu’une telle contamination se produise il faut :

• que les conteneurs des déchets soient endommagés par une corrosion aqueuse, un processus qui devrait durer au moins 10 000 ans ;
• que les éléments radioactifs soient progressivement dissous dans l’eau ; pour ceux contenus dans les verres ce processus durerait plusieurs centaines de milliers d’années ; certains éléments comme le plutonium, l’américium, le curium et le neptunium sont d’ailleurs très peu solubles dans l’eau ce qui étale dans le temps le processus de dissolution ;
• que les éléments radioactifs soient transportés par l’eau hors de la couche géologique de stockage, ce qui, dans l’argile, résulte d’un processus de diffusion qui est très lent ; typiquement pour un site comme celui de Bure ce processus durerait entre quelques centaines de milliers d’années pour les éléments les plus mobiles (iode 129, technétium 99, niobium 94, Chlore 36) et beaucoup plus pour les moins mobiles (plutonium, uranium, neptunium, entre autres).
• que les éléments radioactifs passent dans la nappe phréatique de surface, ce qui est assez rapide en comparaison avec les processus précédents ; à ce stade, les radionucléides les plus radioactifs, tels que le césium 137, le strontium 90 et les principaux actinides (plutonium, américium et curium) auront disparu depuis longtemps ; le neptunium lui-même, très faiblement radioactif, est très peu soluble dans les eaux souterraines et peu mobile ; une faible couche d’argile de quelques mètres d’épaisseur suffirait à ce qu’il ne puisse jamais revenir en surface, alors que la couche d’argile du site de l’Est de la France atteint 150 mètres d’épaisseur ! Pratiquement, seule l’iode 129 et le Chlore 36, très peu radiotoxiques, devraient se retrouver dans les nappes phréatiques en liaison avec le site de stockage après quelques centaines de milliers d’années.

5. Risques pour la population

La règle fondamentale de sûreté (RFS) imposée par les autorités de sûreté pour un stockage géologique recommande que l’augmentation de l’exposition des populations les plus exposées à tout moment du futur, n’excède pas le dixième de la radioactivité naturelle (Lire : Nucléaire : rayonnements, radioactivité et radioprotection). Pour un stockage bien conçu, toutes les simulations de retour des radionucléides à la biosphère effectuées montrent que cette limite ne devrait jamais être atteinte sauf, éventuellement, en cas d’intrusion volontaire dans le site de stockage, et ce pour les intervenants eux-mêmes. Le Dossier Argile 2005 de l’ANDRA fournit une estimation des doses maximales qui seraient reçues par les populations les plus à risque pour différents types de déchets stockés[8] (Tableau 1).

Tableau 1. Estimation par l’ANDRA des doses maximales pouvant être reçues par les populations les plus exposées

La RFS limite la dose acceptable à 0,25 mSv/an, ce qui signifie que dans le pire des cas, la dose prévue n’excèderait pas le dixième de la RFS, alors même qu’aucun effet d’une irradiation naturelle inférieure à 50 mSv n’a jamais été observé.

Les riverains actuels des sites de stockage géologique et leur lointaine descendance ne risquent donc rien, à l’exception d’accidents liés aux transports divers relatifs à l’exploitation du stockage. Il reste à comprendre pourquoi cette innocuité du stockage géologique est aussi largement mise en doute dans les médias et le public. Serait-ce le résultat d’une insuffisante diffusion de l’information sous le prétexte d’un manque d’évaluations définitives de risque ?

6. Risques pour l’environnement

Alors qu’il ne fait plus de doute que les activités humaines sont responsables de la disparition de nombreuses espèces animales il est impossible de trouver un cas de disparition imputable à l’exploitation de l’énergie nucléaire. Bien plus, même dans les cas extrêmes de contamination radioactive comme lors des essais atmosphériques d’armes ou suite à la catastrophe de Tchernobyl (Lire : Retours d’expérience sur les accidents nucléaires), les biotopes ont assez rapidement retrouvé leur état initial alors même que la radioactivité résiduelle restait notable (Figure 4).

Figure 4. L’impact de Tchernobyl en France, (carte des retombées de césium 137 en France en mai 1986) [Source : © IRSN]

D’une façon générale, la production d’électricité nucléaire ne pourrait avoir une influence sur la biosphère que si l’augmentation de la radioactivité moyenne qu’elle pourrait entraîner dépassait la valeur de la radioactivité naturelle. Par ailleurs, l’activité de la totalité des déchets produits pendant 50 ans de fonctionnement du parc de réacteurs français, en absence de retraitement, ne représenterait au bout de 1 000 ans qu’environ un dix-millième de l’activité de la croûte terrestre française[9]. Cela signifie que, même dans le cas extrêmement improbable où toute l’activité du dépôt serait relâchée dans l’environnement, l’augmentation de la radioactivité moyenne resterait très faible.
 

7. Les alternatives géologiques

Le site de Bure, choisi par l’ANDRA pour la réalisation de son laboratoire souterrain est caractérisé par une épaisse couche d’argilite[10]. L’argilite est saturée d’eau très peu mobile. Existe-il d’autres solutions ?

Les sites creusés dans des couches de sel comme ceux testés aux Etats-Unis et en Allemagne sont anhydres et complètement secs. Mais, si pour une raison ou une autre, comme une mauvaise conception des voies d’accès ou, dans le futur, une exploitation du sel, de l’eau pénétrait dans le site, elle se chargerait de sel et deviendrait très corrosive, accélérant le passage en solution des composants des combustibles.

Les sites granitiques, comme ceux prévus en Suède et en Finlande, sont caractérisés par une absence totale d’eau dans la mesure où le granite est bien homogène et peu fissuré du type de celui du bouclier scandinave.
 

8. La séparation-transmutation

Les dimensions du stockage géologique sont essentiellement déterminées par le dégagement de chaleur des colis de déchets de haute activité. La réduction des dimensions du stockage pour en diminuer le coût est une motivation pour adopter une stratégie de séparation-transmutation. La seule extraction du plutonium permet de diviser par deux la charge thermique. Pour diminuer la charge thermique pendant le premier siècle de stockage il pourrait être économiquement intéressant de séparer le césium et le strontium et de les entreposer sur une longue durée pour décroissance. La séparation et la transmutation de l’américium dans des réacteurs spécialisés ou dans les réacteurs surgénérateurs permettraient de gagner deux ordres de grandeur sur la charge thermique de déchets, donc une réduction comparable de la surface du site de stockage (Figure 5).

Figure 5. La transmutation divise par deux la charge thermique des déchets. [Source : © Terre Sacrée]

Séparation et transmutation ne sont pas des préalables à la mise au point d’une gestion satisfaisante des déchets nucléaires mais elles pourraient en réduire notablement le coût (Lire : Le coût de production de l’électricité d’origine nucléaire en France). En revanche, l’extraction du plutonium est une nécessité pour le développement d’un nucléaire durable basé sur des réacteurs surgénérateurs.

9. Le financement de la gestion des déchets

En 2021, le budget de l’ANDRA, qui est chargée du stockage définitif des déchets nucléaires, est abondé par les producteurs, EDF et AREVA notamment. Avec l’Office Parlementaire des Choix Scientifiques et Technologiques (OPECST), on peut se demander si cette solution reste fiable et valable dans le contexte de libéralisation du marché de l’électricité. Il est aussi légitime de s’interroger sur le financement des recherches sur la séparation-transmutation.

Selon une estimation de l’ANDRA, discutée par EDF, le coût du site de stockage CIGEO est de 36 milliards d’euros (G€). Ce chiffre correspondrait à une durée de fonctionnement de 50 ans du parc actuel qui fournit approximativement 400 millions de MWh/an, soit une production totale de 20 000 millions de MWh. Début 2021, le MWh est payé 42 euros à EDF par les opérateurs alternatifs de production d’électricité. L’évaluation du chiffre d’affaire correspondant à 50 années de fonctionnement du parc conduit donc à 840 G€. Le stockage ne représenterait donc que 4% du chiffre d’affaires, soit un montant qu’EDF provisionne pour assurer la gestion des déchets de ses réacteurs.

En conclusion

Rien ne justifie l’affirmation, pourtant très répandue, selon laquelle on ne saurait pas gérer les déchets nucléaires. Le véritable problème, de nature socio politique, est celui de leur acceptabilité par les populations (Lire : Dans un monde neutre en carbone, peut-on se passer du nucléaire ?).
 

Pour en savoir plus

• Les déchets nucléaires sont-ils gérables ? Cahier d’acteur de SLC
• Nifenecker H et Ouzoumian G. Physique d’un site géologique de stockage de déchets nucléaires
• Andra C. Dossier Argile 2005
• Nifenecker H et Ouzoumian G. Le stockage des déchets nucléaires en site profond

Notes et références

[1] Cette question a été étudiée très attentivement par l’association « Sauvons le climat ». https://www.sauvonsleclimat.org/fr/

[2] https://www.vie-publique.fr/actualite/alaune/gestion-dechets-nucleaires-debut-du-debat-public.html

[3] https://www.debatpublic.fr/options-generales-gestion-dechets-radioactifs-haute-activite-moyenne-activite-a-vie-longue

[4] Temps au bout duquel la quantité initiale de radioélément est divisée par 2

[5] Les actinides sont les éléments dont le numéro atomique est supérieur à 88. Les actinides majeurs sont ceux qui sont les plus présents dans les combustibles, soit l’Uranium (92) et le Plutonium (94). Les actinides mineurs sont moins produits et comptent principalement le Neptunium, l’Americium et le Curium

[6] Le retraitement, pratiqué à l’usine Orano de La Hague, consiste à dissoudre les éléments combustibles irradiés, à extraire le Plutonium et l’Uranium de la solution et à vitrifier le reste qui contient les produits de fission et les actinides mineurs. L’Uranium, qui est appauvri, et le Plutonium sont généralement utilisés pour fabriquer des combustibles Mox (mixed oxydes). Actuellement on ne retraite pas les combustibles Mox irradiés.

[7] Les déchets de faible activité (démantèlement) peuvent, généralement, être stockés en surface (Soulaines, Morvilliers, Marcoule et site de la Manche

[8]Les Déchets B : déchets de moyenne activité. C : déchets de haute activité. Déchets CU : Combustibles irradiés, CU1 : combustibles REP Uox, CU2 : Combustibles REP Mox, CU3 : autres combustibles usés

[9] On suppose que les déchets sont enfouis à 500 mètres de profondeur et on calcule l’activité du premier kilomètre de croûte terrestre. Au bout de 1000 ans la radio toxicité des déchets est équivalente à celle de l’uranium qui a été utilisé pour faire fonctionner les réacteurs, soit environ 360000 tonnes (60 réacteurs fonctionnant 50ans et nécessitant 120 tonnes par année de fonctionnement d’un réacteur). La quantité d’uranium contenu dans le premier kilomètre de la croute terrestre sur la surface de la France est d’environ 2 milliards de tonnes pour une concentration de 1,7 ppm d’uranium. La valeur du rapport de radio-toxicité est donc 2*10^-4

[10] Pour les propriétés de l’argile de Bure on peut consulter les documents C et D