L’électricité nucléaire pour les nuls v241111

Les réactions nucléaires : c’est quoi ? Les circuits des combustibles La radioactivité : Rayonnements et effets ? Les déchets : c’est quoi et on en fait quoi ? Coûts et production Conclusion

Fission : sous l'impact d'un neutron (1) le noyau (2) se scinde en deux fragments (3) et libère deux ou trois neutrons (4).                                           

Réactions en chaines

Les réactions dans le combustible Neutrons

Les circuits des combustibles

Répartition

10.000 T 1170 T 60 T U nat Combustible Fissionné(5%) (par an) recyclés 60 T Fissionné(5%) (Déchets ultimes) 1g/hab/an 910 T Valorisables « mis de coté »

Yellow cake La radioactivité de l'uranium est faible et l'uranium ne demande pas des mesures de radioprotection importantes pour le personnel comme le montre la phase de concentration de l'uranium. Les concentrés d'uranium, ou « Yellow cake », ont l'aspect d'une poudre généralement jaune vif d'où leur nom. Ils contiennent environ 750 kg d'uranium par tonne, ce qui facilite le transport de la mine vers l'usine de conversion. La photographie montre le « Yellow cake », sur un filtre à bandes à l'usine de traitement de la Société des mines de Jouac (Haute-Vienne) en Limousin.

Crayons de combustible (Contenant les pastilles d’uranium ) Contrôle visuel des soudures de bouchon des crayons de combustible, contenant les pastilles d'oxydes d'uranium. Les gaines résistantes à la corrosion de l'eau constituent la première barrière d'étanchéité, en empêchant le passage des éléments radioactifs, dont certains sont gazeux, dans l'eau primaire dont la température atteint 350°C.

Entreposage en piscine des combustibles usés à la Hague (5 ans) Les assemblages destinés à être retraités sont entreposés après leur transport dans de très grandes piscines à l’usine de la Hague. La durée minimum du refroidissement des combustibles dans ces piscines est de 5 années. Dans la pratique le séjour est actuellement en moyenne de 8 ans. Au bout de ce laps de temps, il sont traités pour récupérer l’uranium et le plutonium qu’ils contiennent, le résidu étant conditionné sous forme de déchets vitrifiés. Actuellement, dans les piscines des usines de La Hague sont entreposées 7 500 tonnes de combustibles irradiés dont 7 000 appartiennent à EDF.

Les différents rayonnements

Une publicité passée de mode.

Contamination # irradiation

Types de radioactivité

Danger radioactif à relativiser Plutonium239

Uranium Uranium sous forme métallique Billette d’uranium hautement enrichi produite aux Etats-Unis(Y-12 National Security Complex Plant). A l’état pur, l’uranium est un métal lourd de couleur argent, à peu près deux fois plus dense que le plomb Le principal dommage est celui causé aux reins du fait de la toxicité chimique des composes solubles de l’uranium. C’est le tribut payé par les métallurgistes de l’uranium à la naissance de l’industrie nucléaire qui a permis de définir, dès 1950, la dose létale d’uranium naturel : 2 mg/kg soit environ 140 mg pour un travailleur. Dans ce cas, le décès est dû à une intoxication rénale aiguë. Pour la même incorporation, les radiobiologistes ont calculé que la dose de radiations reçue serait de l’ordre de 40 mSv à laquelle pourrait correspondre une probabilité de cancer de 2 pour mille. Ceci explique que le risque découlant des propriétés physicochimiques de l’uranium est beaucoup plus important que celui résultant de sa radioactivité.

Les courbes de risques (effet hormesis)

Pour la gestion , cet inventaire repose sur deux critères de classement : - L'activité qui détermine les moyens de protection à mettre en œuvre et qui peut être très faible (TFA), faible (FA), moyenne (MA), ou haute (HA) ; - La durée de vie des principaux éléments radioactifs présents qui détermine la durée de la protection à envisager. Les radioéléments dont la période radioactive est inférieure à 30 ans sont dits à vie courte (VC). Tout est relatif ! Les autres sont dits à vie longue (VL). Premier critère : le niveau d’activité Le niveau d’activité d’un déchet est défini par le nombre de désintégrations par seconde (becquerels) survenant dans un gramme de matière. L’activité et le risque radiologique varient dans de très grandes proportions Entre les ferrailles et gravats à peine radioactifs des déchets de très faible activité et les verres coulés à la Hague il y a un facteur 100 millions.

PU-238 et générateur Un gramme de plutonium 238 présente une radioactivité α de 632,7 GBq ainsi que 1 100 fissions spontanées par seconde Le plutonium 238 donne de l'uranium 234 par désintégration α avec une énergie de désintégration de 5,593 MeV, une puissance spécifique d'environ 567 W/kg et une période radioactive de 87,74 ans : Il appartient ainsi à la même famille de désintégration que l'uranium 234. Article détaillé : chaîne radioactive. Le 234U donne ensuite, à son tour, du thorium 230 par désintégration α avec une période de 245 500 ans, donc à un rythme relatif extrêmement faible. L'essentiel de la radioactivité du plutonium 238 correspond donc à la désintégration de cet élément. Le 238Pu est donc un puissant émetteur de rayonnement α, ce qui en fait l'isotope de loin le plus utilisé dans les générateurs de chaleur et les générateurs électriques à radioisotopes qui alimentent les sondes spatiales et les équipements de haute technologie requérant une source d'énergie fiable sans maintenance (typiquement les dispositifs sous-marins de renseignement militaire)

Deux critères de classement des déchets : Les déchets radioactifs sont classés selon le niveau d’activité et la durée de vie – courte ou longue – des principaux éléments présents. On remarquera des regroupements. Par exemple, pour les déchets de très faible activité(TFA) et de haute activité (HA) on ne distingue pas vie courte et vie longue. Le mode de gestion est indiqué quand il est défini (déchets TFA et FMA-VC ). La gestion des 3 autres catégories fait l’objet de recherches, notamment celles des déchets de type B (MA-VL) et C (HA). Les recherches sur ces deux catégories majeures qui concentrent près de 99% de la radioactivité sont organisées en France dans le cadre de la loi Bataille du 30 décembre 1991.

Laboratoire souterrain de Bure

Stockage en surface de la Manche (FMAVC)

L'Andra exploite dans l'Aube deux centres de stockage en surface pour les déchets de faible et moyenne activité à vie courte (CSFMA) et de très faible activité (CSTFA).

La chaleur dégagée par les désintégrations radioactives joue un rôle important dans les gestion des déchets de haute activité. Cette chaleur se retrouve à l’intérieur d’un assemblage ou d’un colis de déchets vitrifiés, ces matériaux absorbant l’essentiel des radiations. Comme l’activité et la radiotoxicité, la chaleur dégagée diminue avec le temps. Le dégagement de chaleur est particulièrement intense en sortie de réacteur. C’est la raison pour laquelle le combustible irradié est entreposé en France dans une piscine près du réacteur, puis plusieurs années dans une autre à la Hague avant d’être retraité. Les déchets vitrifiés obtenus après que l’on ait retiré du combustible usé l’uranium le plutonium dégagent relativement moins de chaleur. Leur refroidissement est plus rapide. Mais dans un cas comme dans l’autre le dégagement de chaleur est continu. Quand viendra le moment d’enfouir l’assemblage de combustible ou le colis vitrifié, ces matériaux se retrouveront au sein d’une roche sans refroidissement ni ventilation. La roche hôte chauffera. L’objectif d’une bonne gestion des déchets est d’éviter que la température ne dépasse 100°C pour éviter la vaporisation de l’eau qui pourrait être présente. C'est la raison d'être de l'entreposage des matières les plus radioactives. Elles doivent refroidir assez et suffisamment pour que l'on puisse envisager de les enfouir dans un site de stockage

Chaleur dans le temps 500 kg (5kg Pu, 5kg U235, 18kg PF+AM) 160 L / 400 kg (PF + actinides mineurs) 2,15 assemblages (– Pu – U235 – U238) On a comparé ici les chaleurs dégagées par le combustible usé et les déchets vitrifiés des figures précédentes, en supposant que les produits de fission des premiers se retrouvaient intégralement dans les seconds. Selon ces données, un conteneur de déchets vitrifiés nécessite 2,15 assemblages de combustible usé. Retirer le plutonium diminue sensiblement la chaleur dégagée : de 30 % à 35 ans, de 60 % à 100 ans. Cette diminution permettrait de réduire la taille des installations de stockage (Données extraites du rapport 2004 de la Commission Nationale d’Evaluation).

Toxicité dans le temps La France a fait le choix de retraiter le combustible irradié des réacteurs. Lors de cette opération, les produits de fission et les actinides mineurs responsables de plus de 98 % de la radioactivité, sont séparés pour être conditionnés au sein de blocs de verre. Ces déchets vitrifiés constituent les déchets C. Placés dans des conteneurs en acier, d'environ 400 kg ils sont plus faciles à manutentionner et occupent moins de place que les combustibles irradiés. Dans des pays comme les USA, l'option choisie est de considérer les assemblages irradiés comme des déchets. Entreposés dans un premier temps en piscine, les assemblages radioactifs seraient placés ensuite dans un gros conteneur de plusieurs tonnes, appelé « château », dont les parois épaisses et les gaines enrobant les crayons du combustible irradié assurent la protection contre le risque radiologique.

En effet si l’on retraite ce combustible usé de pour en extraire, l’uranium et du plutonium, il faut gérer les matières très radioactive issues de ce retraitement. C’est le cas de la France où un second type d’entreposage, à sec, est pratiqué pour ces matières. A l’issue du retraitement, les résidus constitués des produits de fission et des actinides mineurs ont été vitrifiés et placés dans des conteneurs. Ces conteneurs de déchets vitrifiés héritent de la radioactivité du combustible usé. Ils étaient au départ entreposés à Marcoule, ils le sont maintenant dans des puits ventilés à l’usine de la Hague. L’évacuation de la chaleur dégagée se fait par convection naturelle ou forcée. Ce troisième entreposage fait suite aux entreposages en piscine des assemblages de combustible qui précèdent le retraitement. Il est en principe provisoire comme l’indique bien sa traduction anglaise, « interim storage ». Cependant il constitue le terminus actuel des déchets de haute activité dans l’attente de décisions finales concernant la destination des déchets, sans doute un stockage géologique. A l’usine de la Hague, les puits se trouvent sous le plancher d’une grande salle avec des sortes de « plaques d'égout »,. Les déchets se trouvent en dessous du plancher sous lequel se retrouve accumulée l’essentiel de la radioactivité produite depuis le début du programme nucléaire français. Malgré ce volcan d’activité sous leur pas, des opérateurs évoluent sur ce plancher sans trop de précautions apparentes. Ceci montre que l’on se protège très bien des plus fortes activités tant qu’une bonne surveillance est assurée.

Concept d’entreposage à sec de combustibles usés aux Etats-Unis à gauche et ensemble de châteaux d’entreposage à droite sur le site d’un réacteur.

Coût du kwh nucléaire produit : 4,2 Cts / kwh

Electricité France 2010 550 Twh/an Production électrique : Facturés : 420 Twh Puissance installée : 120 GW Production : Nucléaire : 75% (430 Twh) Barrages : 12% (65 Twh) Fossiles : 10% (55Twh) Eolien : 2% (10 Twh) Enr Th 1% ( 5 Twh) Solaire PV : 0,1% (0,6 Twh). Bilan export / import +50 Twh /an . 25 mn / Focalisons nous sur l’électricité en France : Production électrique : 550Twh d’électricité soit moins de 3% de l’électricité produite dans le monde (20.000Twh). Consommation finale d’électricité facturée (hors consommation « énergie »): 420 Twh Répartition : Nucléaire  80% (430 Twh); PGC : 10% (55Twh); Barrages : 10% (65 Twh) ; Eolien : 1% (5,6 Twh /2008), Solaire PV : 0,05% (0,04 Twh avec 0,175GW installés fin 2008, multiplié par 4 en un an). Moins de 100.000 toits depuis 2006. Bilan exportation / importation +50 à 80 Twh/an. 2008 : total échanges 116 Twh;( Imp 35 ; Export 85) Un Français = 5 Tep/an (dont 1,5 T pétrole) soit 50.000 Kwh/an (+ 20% from Asie ?) dont seulement 1% (500 Kwh) de lumière : ampoules basse conso = anecdotique.

Prévision France 2030 8x0,9GW 4x1,6GW EPR DGEMP-OE Avril 2008 La période 75-95 va se renouveler entre 2010 et 2030 pour remplacer le parc de réacteur nucléaire tout en éliminant les anciens réacteurs. Maintient à 65 GW après la mise en service de l’EPR de Flamanville. 2020 : mise en service de 4 EPR ? Source : Scénario énergétique de référence DGEMP-OE avril 2008 Direction Générale de l’Energie et des Matières Premières – Observatoire de l’Energie devenue DGEC (fin 2008) : Direction Générale de l’Energie et du Climat. DGEMP-OE Avril 2008

Aperçu sur la GEN IV RNR ou surgénérateur Réserve x 100  10.000 ans de réserve mondiale ! (En France = 3000 ans sur notre sol) Plutonium Caloporteur : Sodium, plomb, hélium,… Russie, Inde, Japon, Chine,… Stabilisation des actinides Fabrication d’hydrogène

Conclusion Bravo ! « Happy few » < 0,1 % (moins de 60.000) de la population française qui a une vision simple et globale de l’électronucléaire en France.

Questions ? Pub mail, Michel Gay donne une conférence dont le titre est : « Energies du futur : rêves et réalités » le mardi 13 octobre 2009 à l’Université de Savoie, 27 rue Marcoz à Chambéry (à coté du Lycée Vaugelas), de 17h à 18h30. Cette conférence gratuite, ouverte à tous, est organisée par l’AMOPA (Association des Membres de l’Ordre des Palmes Académiques) de Savoie. Le thème est le suivant : Nous puisons de plus en plus dans les réserves d'énergies fossiles (pétrole gaz, charbon) qui sont aujourd'hui encore abondantes et dont l'extraction est bon marché. Mais ces énergies fossiles ne sont pas éternelles (30 ans ?, 100 ans ?). Comment substituer intelligemment d'autres énergies à ces énergies fossiles sans provoquer de cataclysmes dans le monde tout en répondant rapidement aux nouveaux besoins immenses de pays émergents comme la Chine et l'Inde ? Comment gérer cette transition vers un nouveau monde qui devra apprendre à gérer d'autres sources d'énergies ?   Cette conférence donne des clefs pour mieux comprendre la problématique des énergies dans le monde et en France, aujourd’hui et demain. Elle expose quelques solutions déjà en préparation ou prévues pour faire face à ce défi majeur pour le futur de l’humanité.

Disparition de masse 1 Twh = 3,6.1015 J E = 1260 Twh = 4,5.1018 J C = 3.108 m/s C2 = 9.1016 m/s E = M.C2 M = E / C2 = 4,5.1018 / 9.1016 = 50 kg

3 Gtep 2,5 Gtep 4 Gtep 1 Gtep Revenons à la production mondiale : Sources d’énergies aujourd’hui par ordre d’importance décroissant dans l’utilisation mondiale en quantité d’énergie primaire totale : environ 80% est d’origine carbone. Pétrole : 35% / 4 GT, coût extraction 4$/b + transport 1$/b = 5$/b (50 à 150 $/b à l’achat et plus de 250$/b à la pompe) Charbon 25% 3 GTep (soit 5GT), Gaz 20% 2,5 GTep, Biomasse et déchets : 10% (on en consomme 5 fois plus qu’en 1800 et on a ajouté les autres) Nucléaire 6%, Hydraulique 2%, Eolienne 0,2%, (250 Twh) géothermie 0,04% (60 Twh), PV 0,01 % (12 Twh) = total < 1% Le prisme médiatique ne respecte pas les ordres de grandeur.... L’importance quantitative réelle et actuelle des énergies et presque inversement proportionnelle au battage médiatique même si ces proportions sont forcément appelées à varier dans l’avenir.

2050 (Ne pas lire les chiffres 1880- 2005) Voici la forme des courbes de consommation totale d’énergie du monde de 1880 à 2005. Puis, en vert, une diminution fictive de la production d’énergies fossiles de 1,5% par an . Puis en rouge le déficit d’énergie à combler par d’autres sources d’énergies si notre croissance de la consommation d’énergie devait continuer à augmenter normalement de 4 à 5% par an, notamment avec les besoins de l’Inde et de la Chine. Mais, la consommation mondiale de pétrole et de gaz a diminué pour la première fois en 2009 mais le risque d’un nouveau choc pétrolier demeure bien réel car la crise et la baisse des prix des produits pétroliers ont repoussé les projets d’investissements pour exploiter de nouveaux gisements. Dans 20 ans, il faudra faire face à l’épuisement des gisements actuels et si la Chine devait avoir notre taux d’équipement elle consommerait, à elle seule, toute la production actuelle de pétrole. 2050

Le radon

On voit ainsi qu’au bout de 1000 ans, l’activité du colis a décru d’environ 500 fois. Subsistent des radioéléments à vie longue. La disparition progressive de la radioactivité va de pair avec la décroissance de la chaleur dégagée : de 1 900 watts par colis en moyenne à la fabrication à quelques watts après 10 000 ans.

Gazogène / Peugeot 504 Ce véhicule qui a une carte grise indiquant comme carburant : GG (comme gazogène), a déjà malheureusement été victime d'un procès verbal pour excès de vitesse (plus de 90 km/h, sur une route plate). Au niveau consommation, avec un plein, 60 kg de bois, nous faisons environ 300 km soit 20 kg / 100 km. http://www.bb61.fr/page/ma-voiture-%C3%A0-bois

Descendant de l’U238 à l’équilibre La loi d'équilibre radioactif impose que toutes les activités des descendants de l'uranium-238 soient égales à l'activité de l'uranium-238 ancêtre : 12,4 millions de becquerels par tonne soit 12400 Bq/kg x 14 cascades à l’équilibre = 173600 Bq/kg. Une des conséquences de la loi d'équilibre est que les masses présentes de tous les descendants sont en proportion des périodes. Ces périodes étant très diverses et toutes beaucoup plus petites que la période de l'uranium-238 (4.47 milliards d'années), les teneurs des descendants de l'uranium sont très petites : au maximum 54 grammes par tonne pour l'uranium-234 suivi par le thorium-230 (16 g) et le radium (0.34 g). IN2P3

De l’uranium au plomb

Activité radioactive U 238 4,5 109 ans 12,3 103 Radioélément Période Activité (Bq/g) U 238 4,5 109 ans 12,3 103 Pu 239 24 000 ans 23 109 Cs 137 30 ans 3,2 1012 I 131 8 jours 4,6 1015

De l’U238 au Pb206 De l'uranium 238 au plomb 206 Le diagramme montre le cheminement sur la carte des noyaux de la cascade de désintégrations partant de l'uranium-238 et se terminant au Plomb-206 stable, avec ses 82 protons et 124 neutrons. Les désintégrations alpha diminuent de 2 unités les nombres de protons et de neutrons, alors que les désintégrations bêta-moins diminuent de 1 les neutrons et augmentent de 1 les protons. Les cheminements alpha sont corrigés à intervalles réguliers par des désintégrations bêta qui permettent d'atteindre le meilleur équilibre entre protons et neutrons. IN2P3

On observe une décroissance assez rapide – tout est relatif – due à la disparition progressive des éléments dits à vie courte comme le césium 137 et le strontium 90. L’échelle adoptée ne permet pas d’apprécier la radioactivité du colis au delà de 200 ans qui, si elle n’est plus que l’ombre de celle d’un déchet frais, reste encore considérable.

Echelle des doses biologiques