Astrid et la filière sodium

Principes, contexte

Bien que le bruit courait très distinctement depuis déjà des mois, en août 2019 fut officiellement annoncé l’abandon du projet de réacteur ASTRID. Ou, plus exact, son report à la seconde moitié du siècle, ce qui sonne, dans une perspective politique, comme un abandon.

ASTRID, pour Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration, c’était un projet de petit réacteur électronucléaire pour la recherche. 600 MW dans son concept initial (à comparer aux 900 MW des plus petits réacteurs d’EDF en service), puis réduit en cours de projet à 200 MW pour des motivations, essentiellement, de coût.

C’était, par ailleurs – et surtout – un réacteur à neutrons rapides (RNR), refroidi au sodium liquide (RNR-Na). Un descendant des réacteurs Rapsodie, Phénix et Superphénix. On peut d’ailleurs, de par sa localisation et sa puissance, en parler comme un descendant direct de Phénix.

Ces réacteurs sont ceux sur lesquels s’est achevée, sur ce blog, la série de billets sur le cycle du combustible.

En bref : dans les réacteurs actuels du parc français, le combustible nucléaire après usage est retraité pour en séparer les constituants, récupérer les matières valorisables, et en particulier le plutonium. Ce dernier est alors utilisé pour produire du combustible recyclé, le MOx, qui représente environ 10% de la consommation française de combustible nucléaire.

En revanche, ce MOx, après usage, n’est, lui, pas retraité. La qualité du plutonium se dégrade au fur et à mesure des passages en réacteurs, et dans les réacteurs du parc actuel, la limite est atteinte après un seul recyclage (des recherches sont en cours pour envisager de les repousser à deux recyclages, sous conditions).

Les RNR, eux, ne sont pas concernés par la dégradation du plutonium, dont il s’accommodent très bien. Ils offrent donc la possibilité de recycler indéfiniment le plutonium, tout en étant eux-mêmes producteurs de plutonium (au besoin, ils peuvent en produire plus qu’ils n’en consomment, n’ayant pour cela besoin que d’uranium appauvri dont les quantités entreposées sont déjà colossales).

Autrement dit, les RNR pavent le chemin vers une économie circulaire quasiment totale de la matière nucléaire. Pour ne rien gâcher, comparés à nos réacteurs actuels, ils produisent également moins de déchets de haute activité, affichent un meilleur rendement, et sont plus permissifs avec les usages non électriques de l’énergie nucléaire (comme la cogénération).

Les RNR-Na sont une des six filières de réacteurs identifiées au titre de la « Quatrième Génération » (ou Génération IV). Mais, de ces six filières (dont 3 à 4 sont des RNR), le RNR-Na est de loin la plus privilégiée en France et la plus avancée, technologiquement, dans le monde, avec des prototypes ayant servi ou en service dans la plupart des pays dotés d’une industrie nucléaire civile conséquente.

PaysRéacteurPuissance électrique (MW)DivergenceArrêt
KazakhstanAktau / BN-35013519721999
RussieBeloyarsk 3 / BN-6005601980En service
RussieBeloyarsk 4 / BN-8008202014En service
Royaume-UniDounreay Fast Reactor1419591977
Royaume-UniDounreau Prototype Fast Reactor23416741994
USAEnrico Fermi 16019631972
AllemagneKNK II1819771991
JaponMonju24619861995
IndePFBR470En construction
FrancePhénix23319732010
FranceSuperphénix120019851998
ChineXiapu600En construction
Ne sont présentés que les réacteurs électrogènes, sont exclus les réacteurs de pure recherche dépourvu de moyens de production d’électricité.

Revenons à ASTRID, et son abandon. L’explication de cet abandon réside dans le coût de ce réacteur. Actuellement, l’uranium ne vaut quasiment rien, donc son recyclage et l’économie circulaire en général n’ont pas d’intérêt. De fait, les industriels (EDF notamment) n’ont pas de raison d’investir dans la réalisation du prototype. Et, sans soutien public, ce dernier n’est donc pas finançable.

Si l’on peut comprendre ce simple calcul, du fait de coûts élevés pour des bénéfices apparents nuls, on peut déplorer que, dans un secteur aussi stratégique que celui de l’énergie, et aussi long-termiste que celui de l’énergie nucléaire, de telles décisions ne soient arbitrées que sous le prisme de la rentabilité à horizon proche.

Le jour viendra très vraisemblablement où la rentabilité de la filière RNR sera une certitude, mais à cette date, la France, autrefois pilote de la recherche et développement dans les RNR-Na, ne sera plus que dans un rôle de figurant.

Reste à savoir si l’on aura oublié les noms de ceux qui ont forcé la fermeture de Superphenix, encouragé l’abandon d’ASTRID, et ceux qui se sont félicités de l’un et l’autre de ces deux événements…

En chiffres

Les principes du recyclage permis par les RNR-Na sont présentés dans la première partie de ce billet. À présent, entrons dans le dur et proposons quelques chiffrages des bénéfices éventuels de la filière pour le mix électrique français.

Rappelons la composition de la matière nucléaire du combustible de nos réacteurs :

  • Avant usage, environ 4% d’uranium 235 et 96% d’uranium 238
  • Après usage, environ :
    • 1% d’uranium 235
    • 1% de plutonium (sous divers isotopes)
    • 4% de produits de fission et actinides mineurs (futurs déchets)
    • 94% d’uranium 238

J’invite le lecteur à se replonger dans la série d’articles sur le cycle du combustible, au besoin.

Aujourd’hui, est récupéré le plutonium, à hauteur de 11 tonnes par an en moyenne. Dilué dans de l’uranium appauvri, il permet de fournir 120 tonnes par an de combustible MOx, sur les 1200 tonnes de combustible consommées chaque année.

Ces chiffres expliquent que l’on entendre parfois parler de taux de recyclage de 10% (120/1200) ou de 1% (11/1200). Selon que l’on compte en quantité de matière fissile, ou en quantité de combustible (et donc en quantité d’énergie, et donc en quantité d’uranium naturel économisée).

En revanche, comme déjà rappelé en première partie, le MOx après usage n’est, lui, pas retraité.

Notons que, par le passé, l’uranium extrait lors du retraitement (URT)était ré-enrichi pour être réutilisé ; pratique stoppée en 2013 mais qui devrait reprendre durant la première moitié de la décennie 2020. Et, à l’instar du MOx, l’uranium de retraitement enrichi, après usage, n’est pas retraité.

Au bilan de tout cela, on observe que, depuis des années et durant les années à venir vont s’accumuler des réserves d’uranium appauvri (le MOx n’en consomme qu’une petite fraction de ce qui est produit), des réserves de MOx usé, et des réserves de combustible à base d’Uranium de Retraitement Enrichi (URE) usé. C’est ce que l’on appelle les « matières nucléaires » (car un usage futur est envisagé, par opposition aux « déchets nucléaires » dont aucun usage n’est prévu ou envisagé en l’état des connaissances et technologies). Ce vocabulaire défrise pas mal nos amis de Greenpeace qui, vous vous en doutez, préféreraient tout voir appelé « déchets » : ça ferait des déchets en plus gros volumes, plus dangereux, et permettraient d’oublier les perspectives du nucléaire futur. Tout bénéf’ pour leur association, ses discours et le rôle qu’elle se donne.

Notons qu’avec le report aux calendes grecques d’ASTRID, on pourrait être tenté de donner raison à Greenpeace, de se dire « bon, franchement, faut se l’avouer, on recyclera jamais tout ça, donc vaut mieux les traiter comme des déchets ». Mais… Non.

Même sans RNR, re-recycler le combustible usé, on peut le faire. Dans nos réacteurs actuels. Certes, les RNR le feraient cent fois mieux, mais on peut déjà faire quelque chose.

Déjà, comme je le disais, l’URT : on l’a recyclé par le passé, jusqu’en 2013, et on va reprendre cette pratique dans les prochaines années. L’inconvénient, c’est qu’il faut ré-enrichir dans des installations dédiées à cet URT que la France ne possède pas. Il faut donc sous-traiter l’enrichissement aux néerlandais ou, plus souvent, aux russes. C’est prévu par EDF, et ce au moins depuis le Plan National de Gestion des Matières et Déchets Radioactifs (PNGMDR) 2016-2018 :

Page 70

Information reprise dans l’Annexe 6 du rapport du Haut Comité pour la Transparence et l’Information sur la Sécutité Nucléaire (HCTISN) sur le Cycle du Combustible :

Le potentiel offert par le recyclage de l’URT permettrait de porter de 10% à 18% le taux de combustible nucléaire recyclé, voire jusqu’à 25%. Ce point est même acté et consensuel même chez les opposants au nucléaire, car repris à l’issue de la démarche de clarification des controverses en amont du débat public sur le PNGMDR 2019-2021.

Au recyclage de l’URT s’ajoute l’éventualité, annoncée plus récemment et prévue à échéance plus lointaine, de recycler le MOx usé dans les réacteurs actuels. Mais un gros travail de démonstration et de modification des réacteurs et des installations de retraitement et de fabrication du combustible est requis au préalable. Cette possibilité est également actée dans la démarche de clarification des controverses susmentionnée :

Le gain sur le recyclage serait alors de 10% supplémentaires. Ainsi, alors que le taux de combustible recyclé dans le combustible consommé par le parc actuel est actuellement de 10%, ce taux pourrait assez rapidement monter à 18%, jusqu’à même 25% et, à plus long terme, jusqu’à 35% ! Et ce, en dépit de l’abandon d’ASTRID.

Une ouverture, pour finir, sur les avantages induits par le recyclage.

Je rappelle, à toutes fins utiles, que le nucléaire offre d’excellentes performances environnementales lorsque comparé, à production égale, aux autres moyens de production électrique à notre disposition. Toutefois, au-delà de ce fait, les graphiques suivants révèlent que ces performances en premier lieu dégradées par les activités minières, et que donc, moins l’on mine, plus le nucléaire est une technologie respectueuse de l’environnement. Trivial, mais encore fallait-il l’évaluer :

POCP : Potentiel de Création d’Ozone Photochimique
SOx : Oxydes de soufre / NOx : Oxydes d’azote

Ces graphes proviennent d’une étude sur l’impact environnemental du cycle du nucléaire français et sur la comparaison entre le monorecyclage actuel et l’absente totale de recyclage. La comparaison entre ces deux modèles est présentée dans les graphiques suivants:

OTC : Once-Through Cycle (pas de recyclage / TTC : Twice-Through Cycle (monorecyclage)
HLW : High Level Waste (déchets de haute activité)
VLLW : Very Low Level Waste (déchets de très faible activité)
ILW-SL : Intermediate Level Waste – Short Lifes (déchets de faible et moyenne activité à vie courte)
ILW-LL : Intermediate Level Waste – Long Lifes (déchets de faible et moyenne activité à vie longue)

Bref, aussi surprenant cela soit-il (non), recycler est bénéfique pour l’environnement à de nombreux égards.

Et, tout aussi surprenant (non), devinez qui est au front pour expliquer qu’il faut impérativement déclasser les « matières » en « déchets » pour tuer tout progrès du recyclage ?

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