Le stockage en forages

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Il s’agit du stockage… En forages. Dans des puits, verticaux, creusés depuis la surface. Assez profond pour les isoler de la surface, du point de vue géologique, sociétal, environnemental, etc.
Là, logiquement, nombre d’entre vous se demandent la différence avec le stockage géologique. Voire se disent que je les embobine, en mode « la seule alternative au stockage géologique, c’est lui-même ! »

Non, ce sont quand même des choses différentes.
Il y a deux différences principales.

La première, c’est que toutes les opérations sont réalisées depuis la surface. Il n’y a pas de réseau de galeries souterraines à construire. Et donc, potentiellement, un coût bien moindre, et des risques modestes durant la phase de chantier et d’exploitation. Des tunnels, du travail souterrain… Ce n’est hélas pas anodin :/

La seconde différence concerne la profondeur. Par forage, il est possible d’atteindre des profondeurs formidables, de plusieurs kilomètres, là où les sites de stockage conventionnels visent en général 500 m.

Cela permet de reposer sur la distance à la place de (voire en plus de) reposer sur les propriétés confinantes de la roche hôte. Donc on parle d’une alternative potentiellement plus sûre pendant l’exploitation ainsi qu’à et à long terme !

Celle-ci se décline en trois procédés, selon les déchets.

Le premier est le plus simple : forer et empiler des déchets solides dans le forage, puis refermer par-dessus.

Le deuxième s’applique aux déchets liquides (on n’en a pas en France), qu’on injecterait directement dans la roche.

Enfin, le 3è est un cas particulier du premier pour les déchets fortement exothermiques, où la chaleur est mise à contribution.

Reprenons les dans l’ordre, à commencer par l’empilement en forage.

Historiquement, la méthode a été étudiée puis abandonnée au profit des galeries ou anciennes mines pour des questions de difficultés techniques (diamètre et profondeur). Aujourd’hui, le problème serait moindre, et les études sont re-devenues d’actualité. Dont une, aux USA, qui vise à réaliser un forage de 5000 m de profondeur, y empiler 400 conteneurs de déchets, et reboucher les 2000 m supérieurs.
Une règle de base du nucléaire demeure de vigueur, c’est le concept de multi-barrières. Le déchet serait dans son conteneur (1), son surconteneur (2), le forage serait remblayé (3), tubé (4), et la roche hôte constituerait une dernière (5) barrière.
À plus petite échelle, le concept est surtout intéressant dans des pays qui ont de petits quantités de déchets, par exemple les sources radioactives de petite taille parfois utilisées en recherche. Des forages de quelques décimètres de diamètre tout au plus.
L’AIEA a notamment proposé un guide pour ce concept qui intéresse de nombreux pays, dont (selon l’IRSN) le Ghana, la Malaisie, Chypre, la Moldavie ou le Brésil qui ont retenu ce concept comme solution de référence.
Pour certains déchets seulement, la solution a aussi été retenue par les EAU, et est étudiée par l’Australie, Cuba et la Jordanie. La Suède surveille le sujet, et la Belgique l’envisage toujours.
Mais les plus chauds, ce sont les États-Unis.
Un rapport de 2013 présente le forage comme une véritable alternative, plus rapide à mettre en oeuvre que le stockage géologique. D’autant plus que ce dernier a un passif houleux aux USA, avec déjà un gros projet abandonné (Yucca Mountain).
Un forage d’essai de presque 5000 m y a été initié en 2016, sur le site nucléaire de Hanford, pour des sources scellées et quelques déchets de haute activité. L’opposition publique a fait capoter le projet, et tous ceux envisagés par la suite.
Le Department of Energy a annoncé l’abandon de son projet de forages d’essais en 2017, et malgré l’avancement des études, le stockage en forage n’est depuis plus retenu par le DoE comme solution de référence.

Partons à présent sur notre deuxième concept, le stockage en forage de déchets liquides (direct ou après incorporation dans un coulis type ciment).
Là, il faut déjà des roches favorables : poreuses, perméables, mais capables, d’une manière ou d’une autre, de limiter au mieux la migration des radionucléides, verticalement et horizontalement.
Pour tout vous dire, on est sur quelque chose d’un peu plus avancé qu’un concept papier, là… Aux USA, ce sont déjà 7500 m3 de mortier de ciment dopé aux effluents radioactifs qui ont été injectés à 300 m de fond entre 1959 et 1960.
La roche était composée de schistes, traités au préalable à la fracturation hydraulique pour en augmenter la perméabilité et la porosité. Fracturation hydraulique et déchets radioactifs, le combo tout à fait vendeur aujourd’hui ^^.
En Russie, trois sites ont déjà servi à cela. Le premier dans des formation de calcaire et grès, à 1400 m de fond, et les deux autres dans des grès à moins de 400 m. On parle de… Dizaines de millions de mètres cubes d’effluents liquides de moyenne et haute activité qui ont déjà été injectés de la sorte, depuis 1962. Je m’en remets pas, depuis que j’ai découvert ça x)
La pratique a été revue par l’AIEA en 2013 qui en a tiré quelques principes de base. Toujours cette histoire de multi-barrières, évidemment : il faut prévoir des barrières ouvragées en plus de la barrière naturelle de la roche hôte.
Vous vous en doutez, ça complique singulièrement la pratique… Et la sûreté de la méthode est très loin de faire consensus. C’est probablement ce qui a conduit, au Royaume-Uni et en France, à l’exigence suivante : les déchets sont conditionnés sous forme solide exclusivement pour leur gestion à long terme.

Et c’est l’occasion pour moi d’un rappel : les déchets nucléaires ne sont pas des fûts de liquides qui ne demandent qu’à s’échapper.
En France, ce sont des solides (polymères, métaux…) compactés, ou du verre pour la haute activité, mais exclusivement des solides. On ne peut pas vraiment avoir de fuites des déchets. Ce qu’on craint, c’est que les radionucléides soient drainés par des eaux souterraines (ou des infiltrations, pour les sites de surface) qui, elles, peuvent se disperser dans l’environnement.

Après cet aparté, finissons avec notre stockage d’effluents liquides : il a bien été mis en oeuvre en France, pour des effluents non radioactifs, nitratés, d’usines d’engrais.
Et il est reconnu que la recherche sur ces méthodes a contribué au perfectionnement de la fracturation hydraulique aujourd’hui mise en oeuvre par les pétroliers et gaziers. Voilà qui devrait plaire à ceux qui aiment dénigrer le nucléaire :p.

Notre dernier procédé fait écho à quelque chose que l’on avait évoqué concernant le stockage dans les glaces polaires. Pour rappel, il était spécifique aux déchets exothermiques.
Du coup, vous l’aurez deviné, il s’agit de mettre à profit la chaleur qu’ils émettent pour fondre la roche, comme on parlait de fondre la glace, et la laisser se solidifier derrière pour sceller le stockage.

Bon, il faut des roches particulières là-encore, qui diffusent peu la chaleur et fondent à des températures assez modestes. Par exemple, autour de 900 °C pour du granite, contre 1200 °C pour des basaltes.
Si la roche fond à trop haute température, on peut se retrouver à avoir les déchets qui eux-mêmes fondent… Mais ça peut faire partie du concept, après tout ? Y’a en effet deux idées en tête :

  • Soit on se débrouille pour garder les déchets intègres et on laisse juste la roche se vitrifier autour d’eux sous l’effet de la chaleur, et là on a une super barrière de confinement.
  • Soit on laisse les déchets fondre dans la roche, se diluer dedans, et du coup se disperser dans un plus grand volume que leur volume initial jusqu’à l’équilibre entre densité de chaleur et capacité d’évacuation de la roche. Quand cet équilibre est atteint, tout se solidifie et se stabilise, dans une matrice relativement homogène et naturelle.

Une fois encore, les USA sont à la pointe et ont décliné l’idée en différents procédés. Le plus couillu : « Deep Underground Melt Process ». Quelque part entre 2 et 4 km de fond, on creuse une cavité à coup d’explosifs, éventuellement nucléaires.
Comme ça on a déjà une gangue de verre sur place, dans laquelle on peut venir ajouter nos déchets, et paf… C’est un peu flou ensuite. Bon, je ne suis pas fan ^^ »

« Deep Self Burial », on l’a déjà décrit a demi-mots : on fore 2 km, on pose les déchets au fond, et ils font fondre la roche autour d’eux pour s’enfoncer de plus en plus profond, façon « syndrome chinois ».

« Deep Rock Disposal », c’est un hybride, pour des déchets exothermiques MAIS liquides. On les injecte dans la roche, ils la font fondre et s’y incorporent.

« Solidified Waste in Situ Melting », il est un peu plus subtil : on part d’une cavité naturelle ou issue de Deep Underground Melt Process, on y mélange des déchets et des gravats. Le tout fond du fait de la chaleur, mais l’absorption de la chaleur – et de la dilatation – par les gravats permet d’éviter d’endommager la roche hôte, qu’on garde la plus intègre possible.

Plus aucun de ces concepts n’est sérieusement à l’étude aujourd’hui,si ce n’est un dérivé du Deep Self Burial, pour de petits volumes de déchets (des sources radioactives, donc, pas des déchets de l’industrie électronucléaire).

Synthétisons : le stockage des effluents liquides, ça n’a rien de très emballant car on maîtriserait très mal la dispersion. Pour les déchets exothermiques, on a quelque chose d’un peu mieux mais bourrinement irréversible et de moyennement contrôlable, au final. Probablement viable, mais dans notre société du risque zéro, les incertitudes apparaitraient probablement intolérables.

En revanche, le stockage en forage de déchets faiblement exothermiques (donc de moyenne activité ou de haute activité un peu dilués), ça m’a carrément l’air envisageable, je ne sais pas ce que vous en pensez ?

En tout cas, ces solutions là, même si pas forcément préférables au stockage géologique, j’y vois une bonne réponse aux collapsologues. Vous savez, ceux qui disent que le nucléaire est une catastrophe parce que la société va s’effondrer dans N décennies… et donc que l’on ne saura pas gérer les déchets nucléaires qui ont besoin de technologies sophistiquées et de temps longs ? Et bien on a là une réponse relativement low tech et rapide à mettre en oeuvre à offrir 😉

Et, chers amis, ici s’achève ce panorama sur les alternatives au stockage géologique. Mais l’on aura d’autres occasions de parler déchets, sans aucun doute !

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Le stockage dans les glaces polaires & l’envoi dans l’espace

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On va mettre à profit leur production de chaleur pour les piéger dans les glaces polaires de l’Antarctique ou du Groenland. C’est plutôt simple : on les dépose à la surface, ou à faible profondeur, et on les laisse fondre la glace autour d’eux, s’enfoncer et refermer la porte derrière (l’eau qui re-gèle). Avec, en option, la possibilité de les suspendre à un câble qui repose à la surface, pour permettre leur récupérabilité pendant quelques décennies/siècles, et éventuellement avoir des capteurs pour suivre l’évolution de la situation.

Bon, là où les plans ont très vite foiré, c’est lorsque les investigations sur le terrain ont révélé des poches salées dans les glaces, donc un gros risque de corrosion accélérée. Ça, et des soucis de stabilités des socles rocheux.
Et on garde, comme pour l’immersion, des problèmes de transports sur des distances immenses et de viol de chépacombien d’accord internationaux (Traité de 1959 sur l’Antarctique, notamment).

Fin de l’histoire, l’idée était séduisante, mais inapplicable politiquement/éthiquement, et du point de vue technique, c’était pas aussi simple qu’espéré – même si, en affinant les recherches, on aurait peut-être pu s’en tirer.

Du coup, on enchaîne direct et on s’envoie en l’air : l’espace. En guise d’introduction, prenez donc une minute pour visionner cette vidéo :

Je crois que c’est un des accidents de lanceurs spatiaux les plus spectaculaires depuis Challenger. Une fusée russe Proton, une des plus puissantes fusées aujourd’hui en service, dont le décollage est un peu turbulent.

C’était en 2013, mais des accidents, il y en a eu d’autres. Des explosions au décollage comme cette Antarès en 2014…

Décollage à 3:50

Ou des accidents à haute altitude, par exemple à la séparation du premier étage ou à l’allumage du deuxième. Comme sur une Soyouz habitée, en fin d’année dernière, où l’équipage eût à s’éjecter.

Ou, pas plus tard que cet été, une fusée européenne Vega qui, après 14 tirs réussis à la suite depuis son premier vol, a eu un problème encore inconnu à l’allumage du deuxième étage et a fini en trajectoire balistique pour retomber, avec sa charge.

Bref, « space is hard », et envoyer les déchets dans l’espace nous garantit qu’une proportion importante retomberont sur Terre sans avoir atteint l’orbite. Ça sera peut-être 0,1%, voire moins, ça reste malgré tout énorme et difficilement acceptable.

On pourra me rétorquer qu’on peut envisager un blindage autour des déchets pour garantir leur intégrité en cas de retombée, quelle que soit la vitesse, l’altitude, le point d’arrivée (eau ou sol), et même en cas d’explosion du lanceur ou d’attaque par ses ergols.

Mouais. Ça se fait pour les RTG des sondes spatiales, mais on parle pas des mêmes volumes et masses, là. En plus, entre prévoir un accident au décollage ou prévoir l’atteinte d’une très haute vitesse (pour des orbites très hautes) et une rentrée atmosphérique à cette très haute vitesse, je pense qu’on peut vite monter à du blindage très, très lourd.

Donc là, en admettant qu’on arrive à répondre aux problématiques de sûreté (c’pas dit…), il reste celle du coût, parce que du tonnage en orbite, ça coûte cher.

Rappel des masses en jeu : la France produit 50 tonnes de produits de fission par an, qu’on coule dans 1900 tonnes de verre. Et je ne vous parle pas des déchets de moyenne activité qui représentent bien plus en masse.

Supposons qu’on ne vitrifie pas, qu’on se contente donc de ces 50 tonnes. Pour le transport routier/ferré, on a des emballages de 100 tonnes pour 10 tonnes de matières transportées. Supposons qu’on n’aie que à doubler ce ratio pour du spatial.

Alors on aurait 1000 tonnes par an à envoyer en orbite. Les ambitions de SpaceX, qui offrent les lanceurs les moins chers du marché, semblent être de proposer des tirs à moins de 5000 $/kg en orbite géostationnaire. On serait alors sur un budget à 5 milliards de dollars par an pour la France, à supposer qu’il soit techniquement possible de tenir une cadence de lancement pareille. Juste pour l’orbite géostationnaire : on ne parle pas ici de Lune ni de soleil, infiniment plus coûteux à atteindre.

Ajoutez au budget un appareil capable d’aller récupérer des déchets mis sur la mauvaise orbite et les ré-orbiter ou les désorbiter pour les renvoyer une deuxième fois (une dépanneuse spatiale à déchets radioactifs, c’est kerbalesque ^^).

Et puis préparez les négociations avec les astronomes, astrophysiciens, qui pourraient voir d’un mauvais œil ces sources de rayonnements gamma étalés en orbite terrestre ^^ ».

Juste pour la culture, sachez qu’il a été aussi envisagé d’expédier les déchets hors de l’orbite terrestre ou hors du système solaire grâce à un canon électrostatique monté sur navette spatiale qu’on enverrait en orbite basse. À fond dans la SF.
Puis survinrent Challenger et Colombia à vingt ans d’intervalle, et la boucle fut bouclée : Space is hard, à un niveau vraiment, largement incompatible avec l’envoi de milliers de tonnes de déchets hautement radioactifs.

L’espace contre le stockage géologique, c’est un ou deux ordres de grandeur au-dessus en termes de coût, et autant en-dessous en termes de sûreté.

Prochain et dernier article, le stockage en forages.

L’immersion et l’enfouissement dans les sédiments

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Puis on aurait un phénomène de dilution (qu’on pense très lent), dans des environnements sans attrait économique ni biologique particulier. En plus, les courants faibles et les températures basses auraient contribué à ralentir la corrosion. (Dans ce cas là, on s’intéresse aux plaines abyssales, pas aux fosses potentiellement plus agitées, chaudes…).

Ça serait plus acceptable que juste immerger, parce qu’on aurait de la rétention à long terme combinée à de la dilution dans un second temps… et pas uniquement de la dilution.

L’option simple est de déposer les déchets dans les fonds, éventuellement avec des sur-conteneurs pour retarder la corrosion, et laisser les sédiments les recouvrir peu à peu. Un confinement naturel se formant au fur et à mesure que le confinement « man-made » faiblissait.
Une voie plus complexe mais évidemment plus sûre est d’enfoncer directement les déchets dans des sédiments non consolidés, voire dans des sédiments consolidés. Et pour ça, deux procédés : perforer, ou forer.

Dans le premier cas, on met les déchets dans on conteneur en forme d’ogive, le tout très lourd, qu’on laisse couler ou éventuellement que l’on propulse – typiquement, 30 m/s.
Il y a eu des expériences (sans radioactivité) tendant à confirmer que le conteneur s’enfonçait de 30 m et les sédiments refermaient assez vite le passage.

Dans le second cas, on fore les fonds marins, par exemple un trou de 800 m de fond (par rapport au plancher océanique, hein !) et on dépose les déchets dans ces forages, en gardant une bonne épaisseur au-dessus, typiquement 300 m avant le fond de l’eau.
On peut même prétendre à forer au-delà des sédiments, et aller jusqu’au socle rocheux, généralement basaltique. On empile donc un grand nombre de barrières de protection : l’emballage des déchets en eux-mêmes, l’éventuel suremballage du forage, la couche rocheuse (optionnelle), et la couche sédimentaire.
Et puis en dernière barrière on retrouve la dilution dans l’océan, mais de déchets qui auraient déjà pas mal décru et qui se seraient libérés progressivement.

N’oublions toutefois pas que les déchets sont fortement radioactifs et, pour certains, fortement exothermiques (= ils chauffent). Ça, par contre, c’est un impact potentiel sur la fiabilité du stockage.
Je dis ça parce que je me rends compte que tel que j’ai présentée le stockage sédimentaire, c’est assez séduisant, en fait. Pas mal d’atouts. Donc rappeler que tout pourrait ne pas être aussi simple que sur le papier, ça ne me semble pas de trop ^^

Mais en pratique, on a quelque chose de technologiquement assez simple et à priori efficace, qui limite on ne peut mieux le phénomène NIMBY, et qui est assez peu exigeant en termes de localisation, un choix permettant de limiter l’impact sur la biodiversité. Pas d’infrastructures ultra complexes à construire qui engage à réaliser un travail soutenu pendant plusieurs générations, peu de risques professionnels…
J’avoue que cette solution me parle ^^ ».

Bon, tous les problèmes évoqués précédemment, relatifs à l’immersion en général, demeurent. Transport, éthique, droit de la mer… Je rappelle que la France s’est engagée à gérer ses déchets sur son territoire exclusivement. Et, réciproquement, à ne pas stocker sur son territoire des déchets étrangers, hors monégasques, mais je m’égare.
Concernant le droit de la mer, je le redis, tout ce que j’évoque serait impossible en l’état actuel des accords internationaux.

De manière générale, concernant l’immersion des déchets, les considérations éthiques et politiques l’emportent à ce jour sur les considérations techniques. Je ne sais pas si c’est une bonne ou mauvaise chose… Mais ça va nous obliger à continuer notre panorama à la recherche d’autres alternatives =) !

Prochain article, le stockage aux pôles ou dans l’espace !

L’immersion en zone de subduction

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Des immersions de déchets radioactifs, 14 pays en ont fait, entre 1946 et 1982. La Russie a poussé jusqu’en 1993. Il s’agissait essentiellement de déchets de faible et moyenne activité. Il y a environ 42,2 PBq qui ont été immergés dans l’Atlantique Nord-Est, 38,3 PBq dans l’Arctique, et 4,5 PBq dans le Pacifique.

Petit rappel : le Becquerel, noté Bq, est l’unité de mesure de la radioactivité. Quand on dit d’une matière radioactive qu’elle émet 10 Bq, c’est qu’il s’y produit 10 désintégrations par seconde. Il s’agit d’une petite unité : le corps humain, naturellement, émet déjà autour de 8000 Bq. Donc dans la pratique, on utilise les multiples comme le kilobecquerel (kBq). Ici, on parlera de très fortes radioactivités, en pétabecquerels : millions de millards de désintégrations par seconde.

Pour vous donner un repère de comparaison, un colis de déchets vitrifiés produit à la Hague, en France, lors de sa coulée, c’est 16 PBq.

Donc l’ensemble des dizaines de milliers de tonnes immergées par ces 14 pays représentent, en termes d’activité, 5-6 colis de verre (on en produit 800 par an). Vous comprenez qu’ils ont pas non plus immergé tout et n’importe quoi. Et qu’on ne peut pas TOUT immerger n’importe comment.

Le rôle de la France dans tout cela est relativement marginal : elle a participé à deux campagnes d’immersions. Mai-Août 1967, 11 000 tonnes de déchets ont été immergés par l’Allemagne, la Belgique, la France, le Royaume-Uni et les Pays-Bas. Activité totale : 0,3 PBq, dont 0,2 par la France à elle seule.

Deuxième campagne, juillet-août 1969, l’Allemagne en moins mais la Suède et la Suisse en plus, avons immergé 9000 tonnes de déchets, pour 0,9 PBq dont 0,1 par la France. Puis, en France, on s’est arrêtés là, avec l’ouverture du Centre de Stockage de la Manche.

Ce sont juste les dunes herbeuses au centre. L’usine derrière c’est l’usine de retraitement, pas du stockage de déchets.

La logique derrière ces immersions n’était pas absurde : emmener les déchets loin des personnes pour éviter qu’ils nuisent à court terme et décroissent un peu. Puis, à moyen-long terme, laisser l’océan diluer la radioactivité pour éviter d’avoir des concentrations importantes et donc nocives.

Bon, sauf, évidemment, localement. Là où les déchets sont déposés, la concentration en radioactivité va être élevée, mais c’était, je suppose, admis comme un moindre mal. Et d’un point de vue purement physique, ça se défendait assez bien !

Ce sont des questions d’éthiques, de protection des fonds marins, et de droit international qui ont eu raison de cette pratique. Je dis pas qu’il aurait fallu continuer, mais je pense qu’il n’y a pas à déplorer cette ancienne pratique. C’était normal dans le référentiel de l’époque, ça ne l’est plus dans le référentiel d’aujourd’hui, parce que les standards évoluent. Il n’y a pas non plus d’impact sanitaire à craindre, ou d’impact environnemental particulièrement sévère à attendre.

Concernant le droit de la mer, c’est le transport des déchets qui a été le plus bloquant. Le risque d’accident durant le transport et de dispersion incontrôlée a été jugée rédhibitoire par rapport aux conventions internationales.

Il y a aussi la notion de « patrimoine commun de l’humanité » pour la haute mer, ou encore les inégalités d’accès à la mer d’un pays à un autre. Bref : sauf cas particuliers convenus sous l’égide des Nations Unies, les déchets radioactifs en mer, c’était plus possible.

Malgré tout, il y a eu des brillantes idées, des recherches qui ont été poussées assez loin, qui méritent d’être évoquées. Je dis pas qu’il faudrait les remettre sur le devant de la scène, je vous les présente juste.

Je vous ai dit que l’immersion pratiquée au XXè siècle visait à disperser de manière relativement contrôlée les radioéléments pour qu’ils se diluent progressivement. Aujourd’hui, les déchets, on cherche plutôt à les gérer par confinement… Mais la mer peut offrir aussi cette fonction ! Deux procédés ont été envisagés : enfouir dans les sédiments, ou sous la croûte terrestre.

On garde le premier pour la prochaine fois, on parle du second aujourd’hui ;-).

Les fosses océaniques se forment là où une croûte océanique passe sous une plaque continentale et s’enfonce progressivement dans le manteau terrestre. L’idée serait de déposer les déchets là, et les laisser porter dans le manteau terrestre par ce mouvement. Façon tapis roulant.
À priori, c’est séduisant : dans le manteau, sous la croûte terrestre, les déchets commencent à être à bonne distance de la biosphère, ça va être dur d’imaginer qu’ils remontent des kilomètres de roche ou d’océan pour revenir nous empoisonner.

En plus, les sédiments qui s’accumulant par-dessus viendraient un peu jour le rôle de clapet anti-retour. Sceller par derrière les chemins possibles pour les radionucléides qui finiraient immuablement dans le manteau. Ce qui a brisé le rêve, c’est « l’extrême lenteur du phénomène de subduction et la vitesse encore plus lente des processus de sédimentation ». Deux cas ont été identifiés, tous les deux assez déplaisants :

  • Subduction lente : on observe dans ce cas un phénomène d’arasement lors de la plongée d’une plaque sur l’autre. Dans ce cas, les déchets ne viendraient pas s’enfoncer dans le manteau mais s’accumuler au lieu de la subduction. Échec du plan.
  • Subduction rapide : bon, déjà, c’est relatif, « rapide » : dans le meilleur des cas, on parle de 10 cm/an, 10 000 ans pour parcourir 600-700 m horizontalement et 350-400 m verticalement. Ça risque de bouger plus vite par corrosion et dilution que par subduction, au final >.<
    Pis en plu, dans les zone de subduction rapide, on a une activité sismique importante, et des mouvements de magma pas négligeables au risque d’une remontée en surface, éventuellement sous la forme de volcanisme explosif. Youpi. Ce serait vraiment pas de bol, hein, mais… On serait mal s’il fallait évaluer ce risque, AMHA. Et du coup, c’est pas super super emballant, comme idée.

Si je résume les inconvénients tel que l’a fait le Canada en 2005 avant de bannir cette solution :

  • éloignement des sites potentiels et donc grande distance à faire parcourir aux déchets,
  • galère innomable pour la surveillance et la réversibilité, même à court terme,
  • incertitude sur le devenir des déchets (en particulier cette histoire de volcanisme),
  • probable incompatibilité de l’option avec le droit international, si mise en oeuvre depuis la mer, ça on en a parlé.

(Par contre, si on le fait depuis la terre ferme, au moyen par exemple d’un tunnel sous-marin, là, c’est légal ^.^)

C’est tout pour les immersions passées, et pour la possibilité de stocker dans les zones de subduction.

Prochain article, le confinement dans les sédiments marins !

La séparation-transmutation, y compris grâce aux lasers

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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 !

L’entreposage en surface ou en subsurface

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

Sans rire, on pourrait tout à fait se contenter de cela. L’entreposage c’est temporaire, donc ça ne peut pas constituer une alternative au stockage, dont l’objet est d’être définitif.
Mais je vais broder un peu. Déjà, l’entreposage, c’est ce qu’on fait actuellement ! Les déchets à vie longue, on les entrepose en puits ventilés où ils sont surveillés et refroidis.

Ça marche bien, c’est robuste (au sens de la sûreté), y’a pas de souci à faire ça quelques décennies, et on pourrait probablement même construire un site d’entreposage capable d’encaisser un siècle ou deux. À condition d’en assurer la maintenance et faire en sorte que, à terme, on sache et on puisse reprendre les déchets, éventuellement les re-conditionner, puis les ré-entreposer dans un nouveau site.

Y’a aucun problème de faisabilité, tant que notre société moderne perdure, ses savoirs-faire, et sa capacité à assurer cette charge.

Parce que, oui, c’est quand même une charge : des coûts permanents (entretien, surveillance, reprise des déchets…) et forcément, les risques qui vont avec. Et c’est pour ça que dans l’Histoire de la recherche sur les déchets nucléaires, en France, cette solution a été écartée pour le long terme.
Elle est néanmoins aujourd’hui défendue par la plupart des partis politiques et associations antinucléaires.
Quand ils parlent de garder les déchets en surface, ou de « stockage [alors qu’il s’agit d’entreposage] en sub-surface », c’est ce qu’ils ont en tête. Ou en tout cas, c’est ce pour quoi ils militent, consciemment ou non !

Ceci étant dit… Je n’ai rien à ajouter, personnellement. Je vais continuer ce thread par des citations de l’IRSN, extraites de ce rapport, sur cette solution défendue par le camp du bien.

L’entreposage relève ainsi d’un principe de « sûreté active », c’est-à-dire nécessitant une intervention humaine […], alors que le stockage repose sur un dispositif de sûreté passive après sa fermeture. Cette notion de sûreté constitue également un attendu pour les solutions alternatives évoquées dans les autres chapitres de ce rapport.

Sur la base des définitions précédentes, l’entreposage ne constitue pas à proprement parler une alternative au stockage géologique en tant que solution définitive […] dans la mesure où il renvoie à une intention de reprise des déchets.

Opter pour l’entreposage peut en revanche délibérément constituer une alternative à la décision de créer un stockage permettant de renvoyer à plus tard le choix d’une solution définitive.

La nécessité d’exercer une activité de surveillance et de maintenance conduit à recourir au principe de « tutelle » selon lequel il revient générations successives de surveiller et superviser les déchets

Les inconvénients soulignés par NWMO [l’ANDRA canadienne] pour les entreposages sont un cycle indéfini d’activités de surveillance, de remplacement et de rénovation et pour le public une absence de décision et un transfert de responsabilité aux générations futures.

La sûreté de l’entreposage longue durée n’est durable que si les sociétés futures peuvent maintenir ces responsabilités, ce qui ne peut pas être garanti perpétuellement.

J’ai fait le tour, mais on va à juste titre de ne choisir que des citations à charge, donc je conclurai sur les avantages :

  • Il y a peu d’incertitudes sur la sûreté à court terme parce qu’on sait déjà faire, suffit de continuer ce qu’on sait faire, avec succès,
  • Ça coûte pas trop cher puisque les coûts sont répartis sur une durée quasiment infinie,
  • Ça laisse pleinement le choix aux générations futures de prendre les décisions à notre place, on ne les engage à rien (sauf à gérer les déchets à notre place, bon, ok),
  • Ça permet d’attendre le développement et la mâturation d’une alternative comme celles que l’on va présenter, ou d’espérer l’apparition d’une alternative inédite.

Finalement, trancher entre entreposage et stockage, ça consiste à trancher entre léguer les déchets et les risques mais en laissant le choix aux générations futures, ou leur épargner ça mais sans leur demander leur avis – enfin, on prévoit quand même un bon siècle de réversibilité sur le stockage, mais passé ce délai, probablement plus de retour en arrière possible…

C’est un débat quasi-purement éthique, en fait. Donc qui a sa place comme débat de société, où je pense pouvoir dire que toutes les opinions se valent plus ou moins (contrairement aux débats scientifiques).
Ça mériterait peut-être d’être traité comme tel ? Au final ? Que les antinucléaires arrêtent de raconter n’imp’ sur le stockage, et qu’on se pose clairement sur le fait qu’on doit trancher sur ce qu’on s’autorise à léguer aux générations futures.

Réjouissons-nous, on a le choix. La biodiversité qui se meurt et les bouleversements climatiques, on est pas partis pour se poser la question de si on les lègue ou non… Mais c’est pas le sujet.

Prochain article, la transmutation !

Déchets #5 Les alternatives au stockage géologique

Introduction

Pour commencer, le périmètre : on va parler de déchets de moyenne et haute activité à vie longue. Dans beaucoup de pays, c’est le combustible nucléaire usé, directement : tel que sorti du réacteur, après refroidissement et emballage.

En France et dans les pays qui pratiquent le retraitement, ce sont notamment les produits de fission et actinides vitrifiés, et les structures métalliques du combustible, compactées.

Ce sont des déchets extrêmement radioactifs. Par exemple, dans un seul colis de déchets vitrifiés se produisent en moyenne un peu plus de seize millions de milliards de désintégrations par seconde, au moment où le verre est coulé (16 000 TBq βγ + 230 TBq α).
À côté d’un de ces colis non protégés, une dose de radioactivité mortelle (10 Gy) est atteinte en quelques secondes. Et la France en produit dans les 150 m3 par an, rien que pour les vitrifiés, et près de 200 m3/an pour les métaux compactés.

Vous l’aurez compris, le danger est grand, et donc la sûreté doit être extrêmement poussée pour que les risques demeurent minimes. Heureusement, quelques décimètres de blindage règlent les risques d’exposition externe à un instant donné.

Fin 2017, en France, le stock de déchets de haute activité (HA) était de 3740 m3 et pour les moyenne activité à vie longue (MAVL), 42800 m3. Respectivement 0,2% et 2,6% du volume total.
Selon les scénarios, on pourrait avoir jusqu’à 12 000 m3 de HA et 72 000 m3 de MAVL à gérer (on voit qu’on a déjà produit un tiers pour les uns et deux tiers pour les autres).

Vous le savez, la radioactivité décroît avec le temps. Et décroît pas si lentement, même dans ces cas là, puisqu’en quelques siècles, on revient à des niveaux de dose à proximité assez raisonnables.
Par contre, certains radioéléments, notamment ceux que l’on appelle actinides, vont taper sur des échelles de temps bien supérieures. Peu irradiants, ils sont par contre ultra nocifs si incorporés (=inhalés ou ingérés). Ce sont eux (et certains produits de fission à vie longue) qui, sur le long terme, font la radiotoxicité des déchets de haute activité. Cette radiotoxicité met de l’ordre de 100 000 ans à redescendre à un niveau comparable au minerai d’uranium naturel.

Donc la solution privilégiée en France pour la maîtrise des risques à une telle échéance, c’est de confiner les déchets dans des enveloppes qui sont capables d’assurer de telles durées.

On considère exclu que toute infrastructure humaine puisse défier le temps à ce point, et également que notre civilisation sera là pour entretenir lesdites structures sur une telle durée.
Ainsi, c’est la géologie, pour laquelle mille siècles sont un battement de cil (en zone stable, hein), qui a été choisie pour assurer ce confinement. C’est le stockage géologique, assez consensuel dans le monde entier.
Et en France, ça se traduit par le projet Cigéo, dans la commune de Bure, à la limite entre la Meuse et la Haute-Marne, qui est prévu pour assurer le stockage géologique des déchets de moyenne et haute activité à vie longue.

(Qui est prévu ! À ce jour, il n’y a qu’un laboratoire souterrain qui s’y trouve, pas encore de déchets !)

Bon, et vous n’êtes pas sans savoir que les anti-nucléaires, verts, altermondialistes, la gauche, une partie de la droite, bref, y’a du peuple qui est très opposé à ce projet.

Mais quelles sont les alternatives ? Quelles sont celles qui ont été envisagées en France ? Pour cette question :

Et dans le reste du monde ? C’est le sujet de cette série de d’articles ! Nous allons parler d’entreposage en surface et subsurface, de transmutation et de lasers, d’immersions, de calottes glaciaires, d’espace, et de forages profonds.

On a la glace, l’espace et les lasers sur une image, c’est donc 100% approprié.

Et non, on ne parlera pas d’arrêter le nucléaire comme une solution. Parce que, comme le dit l’IRSN :

L’arrêt de la production de déchets radioactifs, parfois cité au rang des alternatives, n’est pas non plus couvert par le panorama proposé dans la mesure où il ne constitue pas, à proprement parler, une alternative au stockage géologique pour les déchets déjà produits.

Et, rappelez-vous ce que l’a dit à peine plus haut : un tiers des HA et deux tiers des MAVL sont déjà produits. C’est dommage, on vient déjà de plomber la principale alternative promue par les antinucléaires 😉

L’entreposage en surface ou en subsurface

La séparation-transmutation, y compris grâce aux lasers

L’immersion en zone de subduction

L’immersion et l’enfouissement dans les sédiments

Le stockage dans les glaces polaires
&
L’envoi dans l’espace

Le stockage en forages

Too long, did’nt read (TL;DR)

  • Arrêter de produire des déchets ainsi que l’entreposage en (sub)surface ne sont pas retenus car, par essence, ils ne sont pas des alternatives au stockage géologique.
  • De même pour la séparation-transmutation, qui est au mieux un complément, pas une alternative.
  • L’immersion et le stockage dans les glaces polaires ont des limites techniques sérieuses et, surtout, des verrous politiques et éthiques.
  • L’envoi dans le spatial est une catastrophe en termes de sûreté et de coût.
  • Le stockage en forage a un potentiel très intéressant pour certains déchets, plus discutable pour d’autres mais sans problème majeur.

Conclusion

Je vais allègrement prêcher pour ma « paroisse » mais soyons francs : si le stockage géologique a été retenu en France et plus ou moins dans tous les pays ayant étudié la question, c’est pas sans raison.

Et c’est vraiment du gros foutage de gueule quand on nous sort que « ce choix a été imposé sans qu’aucune alternative n’ait été étudiée ».
Non mais sans rire… Depuis les années 50, on étudie – voire expérimente – des alternatives.

À l’avenir, quand on me sortira « pas de stockage géologique » ou « aucune alternative étudiée », je partagerai cet article de synthèse. Je vous invite à faire de même… Et à conclure d’un mesquin « alors ? Quelle est ta préférence dans ce panorama exhaustif ? »

Cela ne provoquera pas de miracle, hein… 9 chances sur 10 que votre interlocuteur change de sujet. Mais si on peut verrouiller quelques éléments de langage dont ils abusent, je pense qu’on ne devrait pas s’en priver :3