La séparation-transmutation, y compris grâce aux lasers

Retrouvez tous les articles consacrés aux alternatives au stockage géologique ici.

Et donc un noyau qui va chercher à se stabiliser en éjecteur quelques protons et neutrons, ou en transformant un neutron en proton (ou, plus rarement, l’inverse). Et ce phénomène s’accompagne d’une émission de rayonnements, vous connaissez la chanson.

La séparation-transmutation consisterait à isoler des déchets les radioéléments aux demi-vies les plus longues pour leur faire bouffer des neutrons. Dans l’espoir de les faire fissionner pour les plus lourds (plutonium, américium…), et de simplement les stabiliser pour les plus légers, non fissiles.
On le fait déjà un peu, avec le plutonium : le retraitement pratiqué en France consiste à séparer des déchets le plutonium pour le recycler en réacteur.

Dans un réacteur à eau pressurisée, une partie de ce plutonium fissionne, et on réduit de 25% environ la quantité de plutonium qu’on balade, de la sorte.
Dans la mesure où l’on parle d’un élément très radiotoxique et à demi-vie très longue, ne pas en avoir – ou en avoir moins – dans les déchets, c’est un atout dans leur gestion à long terme.

Un des gros soucis, c’est qu’avant de faire bouffer du neutron à un radioélément, il faut le séparer des autres. On veut transformer des éléments à vie longue en éléments à vie courte, ou carrément en éléments stables. Pas faire l’inverse !

On ne peut donc pas arroser de neutrons toute la soupe de déchets, ça serait nettement contre-productif.
Et séparer les éléments… On le fait déjà pour le plutonium, encore une fois, mais aller plus loin, c’est un procédé chimique et nucléaire lourd, donc risqué et coûteux. La balance bénéfice/risque est à regarder de près ! Si l’on fait ça, on constate que « les gains espérérés pour le stockage géologique consistent en une réduction de l’inventaire et de la nocivité des déchets et en une baisse de leur puissance thermique ».

Voilà… Dans le meilleur des cas, on espère avoir des gains sur le stockage, pas s’en dispenser. Donc pas une alternative au stockage géologique.

Bon, on va quand même prendre un moment pour parler de ce qu’on peut espérer séparer du reste.

Côté éléments lourds, d’abord (ou « actinides »).
Le plutonium on sait déjà faire, et le neptunium, on pourrait assez facilement avec le procédé actuel.
Par contre, l’américium et le curium, c’est impossible. Il faudrait développer et mettre en oeuvre un procédé nouveau en aval du précédent. C’est à priori faisable (des procédés ont été développés en laboratoire), mais c’est une nouvelle étape de retraitement.

Côté éléments légers, les produits de fission, ils sont beaucoup trop variés pour espérer faire une séparation de chacun d’entre eux. Par contre, on peut cibler certains, particulièrement déplaisants.
C’est le cas du technétium (Tc), de l’iode (I), et du césium (Cs). Ils présentent chacun des isotopes avec des demi-vies assez longues, assez radiotoxiques, et en plus assez mobiles dans la roche (ils migrent facilement hors du stockage une fois relâchés).
Ils sont donc d’importants contributeurs à l’impact radiologique éventuel, à long terme, du stockage géologique. Bonne nouvelle, le procédé actuel pourrait extraire le Tc et l’I. Et des procédés existent en labo pour extraire le Cs.

Hélas, dans le cas de ce dernier, on a un gros souci : une extraction chimique nous conduit à extraire le césium 135, notre cible, ET le césium 133, présent dans les déchets mais stable.
Si on irradie l’un, on irradie l’autre. Et on peut se retrouver à stabiliser un élément radioactif, et rendre radioactif un élément stable… La boulette.
Il faudrait pouvoir donc séparer les deux isotopes l’un de l’autre, et là, qu’on se le dise… C’est foireux.

Pour l’iode, on a un souci moindre mais pas négligeable quand même : si on commençait à le séparer pour l’introduire dans des réacteurs pour l’irradier et le transmuter, on devrait gérer son côté très corrosif, problématique pour le combustible et donc, au final, pour la sûreté du réacteur dans lequel on l’enfourne. Un inconvénient de plus, mais qu’on peut continuer à étudier.

Côté Tc, notre gros souci réside dans le « rendement de transmutation » : si on en fourre dans le réacteur, on va en transmuter, mais on va aussi en produire. Et on n’en détruit pas beaucoup plus qu’on en produit… Donc il faudrait continuellement recycler le Tc.
Et ainsi, pour réduire d’un facteur 10 l’inventaire en Tc à stocker, ce sont plusieurs siècles de réacteurs qu’il faudrait faire tourner de la sorte.

C’est une problématique assez typique de la transmutation. Si on se mettait à compter dessus pour réduire les déchets, il faudrait, pour pas mal d’éléments, faire de très nombreux passages en réacteurs, donc partir sur de très longues durées d’exploitation du nucléaire.

Compter là-dessus engage donc peut-être un peu trop fortement les générations futures. En plus ça nous obligerait à faire du nucléaire… Au nom de la gestion des déchets nucléaires. Ce serait presque tautologique ?

Vous l’avez compris, la transmutation a des avantages mais aussi des limites et, dans tous les cas, ce n’est pas une solution de gestion des déchets à part entière. Plutôt un complément éventuel à une autre solution.

Je n’ai pas d’avis très tranché, personnellement, sur la question… Forcément, tout technonucléocrate astroturfeur que je suis, je ne peux qu’être séduit par l’idée de voir l’industrie innover, développer de nouveaux procédés, et réduire les arguments sur les déchets ^_^. Mais je ne suis pas du tout convaincu, compte tenu de la complexité des procédés de séparation-transmutation, et des risques induits, comparé aux infimes risques des déchets en l’état actuel, par la balance bénéfice/risque. À voir.

Ce dont je n’ai pas trop parlé, encore, c’est, après séparation, comment on transmute ? Je l’ai évoqué, on peut fourrer les matières en réacteur pour les irradier dans le flux énorme de neutrons qu’on a dans un réacteur nucléaire en fonctionnement. Okay. Typiquement, il faut des neutrons rapides, pour pouvoir fissionner tous les actinides. Nos réacteurs à neutrons lents (ou thermiques) sont pas terrib’ à ce niveau, les neutrons passent au travers, ou sont absorbés sans induire de fission. Et dans ce cas là, on risque de créer plus d’actinides qu’on en consomme.
Faut des neutrons rapides. Donc des réacteurs type Phénix/Superphénix/BN-600/BN-800, réacteurs refroidis au métal liquide (sodium mais pourquoi pas aussi plomb) ou éventuellement au gaz à haute température.

Ou alors des modèles plus exotiques, type sels fondus, ou encore des réacteurs sous-critique, et on va dire un mot ou deux de ces derniers.

Ce sont des réacteurs qui ne peuvent pas assurer une réaction en chaîne.
Dans un réacteur sous critique, pour entretenir les réactions nucléaires, il faut une source extérieure de neutrons. Classiquement, dans les réacteurs pilotés par accélérateurs (ADS) comme l’actuel projet belge MYRRHA, c’est un accélérateur de particules qui vient bombarder une cible (type plaque de plomb) avec des protons de haute énergie, et ça arrache des neutrons. Voilà notre source de neutrons d’appoint pour notre réacteur sous-critique à neutrons rapides pour la transmutation.
Voilà à quoi pourrait ressembler le réacteur belge MYRRHA, du @SCKCEN :

Et c’est dans ces réacteurs sous-critiques qu’interviennent les lasers de notre prix Nobel Gérard Mourou. Ils constitueraient, en induisant des fusions nucléaires, une autre façon de produire les neutrons pour un réacteur sous-critique.
Je ne vais pas pouvoir vous indiquer les avantages et les inconvénients par rapport à l’accélérateur de particules, admettons que c’est équivalent, voire mieux : il ne s’agit dans tous les cas que d’une alternative aux ADS, qui sont eux-mêmes une alternatives aux réacteurs à neutrons rapides, qui ne sont qu’une façon de transmuter certains éléments après les avoir séparés.

Mais tout ce que j’ai dit sur les difficultés de la séparation, et sur le fait que la transmutation n’était pas une solution à part entière, demeure vrai. Désolé de casser le délire : Mourou n’est pas parti pour changer le paradigme sur les déchets nucléaires.
La séparation-transmutation était un moyen de gestion bien identifié depuis longtemps, et il ne propose qu’une nouvelle voie technologique pour une des étapes du procédé, hélas probablement celle qui posait le moins de difficultés.

Pour en savoir plus sur les détails de la transmutation en réacteur sous-critique et l’apport des lasers dans ce domaine, je vous renvoie encore une fois vers @Astrochnis 😉

Concluons… La séparation-transmutation n’est pas une alternative au stockage géologique, ça a été acté dans les années 2010 après avoir été envisagé dans les années 90. Et cette conclusion n’est pas remise en cause à ce jour.

Un poil décevant, pas vrai ? Hélas, ce qui a des airs de science-fiction a certaines chances de réellement en être.

Prochain article, le stockage sous-marin !

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2 réflexions sur « La séparation-transmutation, y compris grâce aux lasers »

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