Les problèmes pour le moins épineux liés à la garantie de confinement des déchets à un niveau permettant de prévenir une contamination grave des ressources, notamment des ressources en eau, a fait du choix des sites de stockage un problème scientifique et politique controversé, qui est au coeur de la plupart des inquiétudes et de l'opposition du public aux sites de stockage. De plus, la sélection des sites d'étude a souvent été associée à un opportunisme de la part des hommes politiques, ce qui a intensifié cette opposition. Alors que les programmes de sélection de sites de stockage pour le combustible usé et les déchets de haute activité sont en cours dans diverses régions du monde, ils sont toujours confrontés à de nombreux obstacles scientifiques non résolus et à une opposition publique intense. Aux Etats-Unis, où l'ouverture d'un site de stockage est prévue potentiellement dès 2010, aucune norme finale n'a encore été établie pour la protection de la santé des générations futures et pour l'environnement autour du site proposé de Yucca Mountain.¹

Les problèmes liés au choix des sites de stockage, notamment les périodes extrêmement longues de confinement nécessaires, ont amené certains à considérer la transmutation des radionucléides à vie longue en radionucléides à vie courte comme une solution potentielle au problème de gestion des déchets radioactifs. La transmutation se fait en induisant diverses sortes de réactions nucléaires dans les noyaux des radionucléides à vie longue. En théorie, un programme de transmutation permettrait de transformer le problème de confinement à long terme en un problème moins complexe de stockage pour plusieurs décennies ou quelques centaines d'années.

Cette promesse théorique a amené les partisans de la transmutation à affirmer qu'elle permettrait de diminuer fortement les problèmes associés à la gestion à long terme des déchets. Ils ont même parfois affirmé que cela permettrait d'éliminer le besoin de site de stockage, mais ces affirmations ont eu tendance à s'amenuiser au fur et à mesure que progressaient les recherches menées sur les possibilités pratiques de la transmutation. Cette même période a vu l'intensification des inquiétudes liées à la protection de l'environnement, à la gestion des déchets, aux coûts et à la prolifération. L'IEER a évalué les avantages et les inconvénients associés à la transmutation en tant que concept de gestion des déchets. Cet article a pour but de résumer ces évaluations et nos recommandations.²

Bases pour comprendre la transmutation

La transmutation, est la transformation d'un radionucléide en un autre radionucléide, ou en deux radionucléides ou plus. La transmutation se fait par des réactions nucléaires qui se produisent dans certains types de réacteur nucléaire. Divers projets de réacteurs ont été proposés, mais ils ont tous comme caractéristique commune qu'une quantité significative d'énergie doit être apportée au noyau d'un radionucléide à vie longue afin d'induire une réaction nucléaire qui le convertirait en un radionucléide à vie courte ou en un élément stable.

Le diagramme ci-dessous montre les composants principaux d'un système de transmutation idéalisé. Une usine de retraitement est nécessaire pour trier les radionucléides candidats à la transmutation par la séparation de certains radionucléides à vie longue des autres. (Dans le cadre de la transmutation, le retraitement est également appelé 'séparation'). Ceci permet la conversion sélective des radionucléides à vie longue en radionucléides à vie courte quand ils sont irradiés dans un réacteur. Sans retraitement, les réactions nucléaires inverses provoqueraient une conversion contre-productive des radionucléides à vie courte en radionucléides à vie longue. L'installation de fabrication transforme les radionucléides à vie longue en combustible et/ou en 'cibles' qui sont ensuite envoyées à l'installation de transmutation, qui peut être un simple réacteur, ou comprendre à la fois un 'accélérateur', une 'cible en métal lourd' et un réacteur sous-critique. Les 'réactions induites par les neutrons' dans le réacteur transmutent les produits de fission à vie longue en produits de fission à vie courte; ils provoquent aussi la fission des actinides, tels que le plutonium, et créent ainsi de nouveaux produits de fission. La plupart de ces produits de fission sont à vie courte, mais cela aboutit également à la création de nouveaux produits de fission à vie longue (voir ci-dessous). Les actinides peuvent aussi absorber des neutrons, ce qui aboutit à la création d'actinides de 'masse plus élevée' (voir ci-dessous). De plus, les actinides ne peuvent pas tous être transmutés avant que le réacteur n'atteigne un stade de très faible efficacité. Par conséquent, un certain nombre de passages dans le cycle du retraitement, de la fabrication de combustibles et des réacteurs sont nécessaires pour permettre la transmutation de la plupart des radionucléides à vie longue.

Mais même les procédés les plus élaborés ne peuvent en pratique convertir tous les radionucléides à vie longue en radionucléides à vie courte. La transmutation de l'uranium séparé, qui constitue environ 94% du poids du combustible usé des réacteurs à eau ordinaire, qui a une vie très longue, et qui est généralement contaminé par des produits de fission, serait contre-productive étant donné que le mode de transmutation principal pour l'essentiel de l'uranium serait la conversion de l'uranium 238 en plutonium 239. D'autres produits de fission à vie longue ainsi que des actinides transuraniens résiduels devraient également être évacués. Par conséquent, un site de stockage, tout comme d'autres installations de gestion et de stockage des déchets resteraient encore une partie importante des procédés de transmutation.

Les avantages des procédés de transmutation et les problèmes qui leur sont associés deviennent plus clairs si l'on comprend les bases de la physique de la transmutation.

La physique de la transmutation

Pour ce qui concerne la gestion des déchets nucléaires, deux réactions de transmutation sont importantes : la capture de neutrons et la fission.³ L'objectif est de transformer les radionucléides à vie longue en radionucléides à vie courte.

L'absorption d'un neutron par de l'iode 129 et par du césium 135 correspondent à deux exemples de telles réactions (les demi-vies sont exprimées entre parenthèses) ⁴ :

I 129 (1,6x10⁷ ans) + n ® I 130m (9 minutes)® I 130 (12 heures) ® Xe 130 (stable) + e

Cs 135 (2,3x10⁶ years) + n ® Cs 136m (19 secondes) ® Cs 136 (13 jours) ® Ba 136m (0.3 secondes) + e ® Ba 136 (stable)

Pourtant, la capture de neutrons peut aussi aboutir à la création de radionucléides à vie longue, ce qui rend impossible l'objectif de la transmutation, comme cela pourrait être le cas pour le Cs-133 :

Cs 133 (stable) + n ® Cs 134 (2,1 ans) + n ® Cs 135 (2,3x10⁶ ans)

Le césium présent dans le combustible usé est un mélange à la fois d'isotopes de Cs 133 et de Cs 135, qui ne peuvent être aisément séparés, en partie à cause de la présence d'isotopes très radioactifs de Cs 137, qui rendent la manipulation et le traitement du césium extrêmement difficiles, coûteux et dangereux. Par conséquent, il est facile de constater que l'avantage de la transmutation du Cs 135 serait annihilé par la production de quantités plus importantes de Cs 135 à partir de la capture de neutrons du Cs 133.

L'exemple qui suit (les demi-vies étant exprimées entre parenthèses et arrondies à deux chiffres significatifs) montre la façon dont le plutonium 239 serait transmuté par deux réactions successives :

Pu 239 (24 000 ans) + n ® Pu 240 (6 500 ans) + n ® Pu 241 (14 années)

Pourtant, une capture neutronique plus poussée aboutirait à la création de Pu-242, qui a une demi-vie longue :

Pu 241 (14,4 ans) + n ® Pu 242 (380 000 ans)

Cela démontre que la transmutation devrait être strictement contrôlée pour qu'il y ait globalement un passage de radionucléides à vie à longue à des radionucléides à vie courte sans pour autant amener à la création de nouveaux radionucléides à vie longue.

Il faut également remarquer que la capture d'un neutron par le plutonium 239 et 240 ne résoudrait pas le problème de l'élimination des radionucléides même dans le cas où tout le plutonium serait transformé en plutonium 241 à vie courte. Ceci vient du fait que le plutonium 241 a sa propre chaîne de désintégration. Il décroît en américium 241 qui a une demi-vie de 430 ans. Lui-même décroît en neptunium 237 qui a une demi-vie de plus de 2 millions d'années. De ce fait, une réduction significative des actinides à vie longue, comme le plutonium, nécessite généralement la fission des noyaux.

Les réactions de transmutation par fission produisent principalement des produits de fission à vie courte qui décroissent en éléments stables mais quelques-uns de ces produits de fission à vie courte peuvent également décroître en élements à vie longue. L'exemple ci-dessous montre la production de deux produits de fission à vie courte, le tellure et le molybdène. Ils subissent tous deux une série de décroissance bêta. La chaîne de décroissance du molybdène 102 consiste en une série de radionucléides à vie courte jusqu'au ruthénium 102 stable (non radioactif). Le tellure décroît en césium 135 à vie longue.

Pu 239 + n ® Pu 240 ® Te 135 (19 secondes) + Mo 102 (11 minutes) + 3 n

¯¯

I 135 (6,6 heures) + e Tc 102m (4,4 minutes) + e

¯ ¯

Xe 135 m (15 minutes) + e Tc 102 (5,3 secondes)

¯ ¯

Xe 135 (9,1 heures) Ru 102 (stable) + e

¯

Cs 135m (53 minutes) + e

¯

Cs 135 (2,3x10⁶ ans)

Projets de scénarios de transmutation

Tableau 2 : Scenarios de transmutation

Aucun de ces scénarios ne peut, soit pour des raisons de physique fondamentale soit pour des raisons pratiques, transmuter l'uranium, le césium 135, le carbone 14, ou quelques autres radionucléides. Le tableau 1 montre les différents radionucléides préoccupants du point de vue de leur gestion à long terme et leur statut au regard de différents procédés de transmutation.

Résidus ultimes

La transmutation n'élimine pas la nécessité d'un site d'enfouissement pour les déchets de haute activité et les combustibles usés. Les procédés théoriques illustrés ci-dessus ne peuvent être traduits en une réalité concrète qui permettrait l'élimination presque complète des radionucléides à vie longue. D'abord, aucun procédé de transmutation ne permet de prendre en compte la totalité des radionucléides problématiques dans la mesure où beaucoup ne peuvent être transmutés pour des raisons pratiques (voir l'exemple du Cs 133 et du Cs 135 ci-dessus). Deuxièmement, la transmutation du Tc 99 et de l'I 129 n'est pas efficace à 100%, même avec de multiples passages en réacteur, et de nouveaux produits de fission à vie longue sont créés à partir de la fission des actinides. Troisièmement, la fission des actinides n'est pas efficace à 100%. Par exemple, dans le meilleur des procédés proposés, la transmutation de 906 tonnes de transuraniens (quantité qui devrait être produite par l'ensemble des réacteurs américains au cours de leur période de vie autorisée) laisserait une quantité résiduelle de 2,4 tonnes. La composition des déchets transuraniens résiduels serait déplacée vers des isotopes d'actinides plus lourds et les déchets seraient donc plus radioactifs. Cela poserait des risques radiologiques plus élevés et compliquerait le stockage définitif. Finalement, dans la mesure où le césium 137 serait enfoui avec du césium 135, la grande quantité de chaleur qui s'en dégagerait signifierait des volumes de stockage considérables.⁵ Seul l'entreposage de déchets à vie longue pendant des centaines d'années, avec les incertitudes, les risques et les coûts qui l'accompagnent, permettrait de réduire le problème de capacité de stockage.

En plus de ne pas résoudre le problème de l'uranium, qui représente environ 94% du poids des matériaux radioactifs dans le combustible usé, et avec des quantités significatives de radionucléides transuraniens et de produits de fissions à vie longue, la transmutation créerait des quantités significatives de déchets supplémentaires, particulièrement dans le cas de l'utilisation du retraitement par voie humide. Cela permettrait également de transférer certains matériaux de l'enfouissement géologique profond vers des sites pour déchets de faible activité si, comme il a été proposé à tort, l'uranium est géré comme un déchet de "faible activité". Ceci pourrait entraîner un risque radiologique supérieur pour le public, par comparaison avec le stockage définitif de tout le combustible usé dans un site ouvragé convenablement sélectionné. La transmutation, même dans le contexte d'une sortie du nucléaire, nécessiterait également des décennies pour sa mise en place et peut-être des siècles pour être achevée.⁶ Cela pourrait nécessiter un contrôle institutionnel sur les déchets pour des périodes historiques bien plus longues que ce qui est possible ou désirable.

Implications de la transmutation

La mise en oeuvre de n'importe lequel des procédés de transmutation abordés ci-dessus aurait également un certain nombre d'implications pour la prolifération nucléaire, l'environnement, la santé publique, la sûreté, le coût et l'avenir de l'énergie nucléaire.

Prolifération. Tous les procédés de transmutation nécessitent le retraitement de radionucléides transuraniens. Bien que ces procédés ne produisent pas forcément de matières risquant d'attirer les concepteurs d'armes des pays possédant l'arme nucléaire, elles peuvent néanmoins être utilisées pour fabriquer des armes nucléaires, et créeraient donc des risques de prolifération significatifs, dans la mesure où des groupes terrorites ou des Etats non possesseurs de l'arme nucléaire pourraient chercher à les acquérir et à les utiliser. Même les méthodes de retraitement que l'on présente comme étant 'résistantes à la prolifération' , comme par exemple le traitement pyrométallurgique, peuvent facilement être modifiées afin de permettre l'extraction d'un plutonium suffisamment pur pour servir à la fabrication d'armes. Ces types d'installations pourraient en fait intensifier les risques de prolifération à cause de leur taille compacte et des problèmes potentiels liés au développement de méthodes de surveillance appropriées. En outre, le fait de promouvoir la transmutation comme méthode de gestion des déchets pourrait aboutir à une large diffusion de cette technologie. La séparation d'isotopes tels que le neptunium 237 et l'américium 241 aurait aussi pour effet d'augmenter les risques de prolifération, étant donné que ces deux radionucléides peuvent également être utilisés pour la fabrication d'armes nucléaires.

La création et la mise en application de procédés qui développent fortement la séparation de matières utilisables pour la fabrication d'armes aura pour conséquence une augmentation considérable des risques de prolifération.

L'environnement et la santé. Le retraitement, qui est nécessaire pour tous les procédés de transmutation, est l'une des composantes les plus néfastes du cycle du combustible. Il aboutit à la création de grands volumes de déchets et d'émissions radioactives dans l'air et dans l'eau. Ses impacts sur la santé des travailleurs, des riverains, voire même des populations lointaines, sont largement reconnus. Par exemple, les inquiétudes liées à la santé humaine et à l'environnement sont la base des demandes faites par l'Irlande, la Norvège, l'Islande et d'autres pays auprès de la France et de la Grande-Bretagne pour qu'ils arrêtent leurs rejets de déchets radioactifs dits 'de faible activité' dans les océans. Etant donné que la fabrication de combustible n'occasionne pas de production de déchets liquides, ses effets touchent pour l'essentiel seulement les travailleurs, et sont du même ordre que ceux pour les travailleurs du secteur du retraitement. Le risque radiologique plus important lié à la manipulation de combustible irradié de façon répétée suscite de sérieuses inquiétudes. Enfin, la multiplication des transports de déchets de haute activité nécessités par de nombreux procédés de transmutation auraient pour effet d'augmenter la probabilité d'un accident de transport, avec tous les effets qui y sont associés.

Sûreté du réacteur. La transmutation nécessiterait le développement et la mise en application de nouvelles technologies de réacteurs et /ou une utilisation élargie des réacteurs existants. Certains de ces nouveaux réacteurs ont été décrits comme étant 'intrinsèquement sûrs'. Pourtant, les améliorations de certaines caractéristiques de sûreté, si on les compare aux réacteurs existants, sont contrées par des faiblesses de sûreté à d'autres niveaux, et la création de nouveaux problèmes de sûreté qui sont spécifiques à ces nouveaux modèles de réacteurs. Par exemple, certains effets rétroactifs qui contribuent à empêcher une réaction d'emballement dans les réacteurs existants ont disparu dans certains des réacteurs de transmutation. Pour ce qui concerne les systèmes basés sur un accélérateur, la possibilité de stopper la source de neutrons, et le fait que le réacteur soit en général sous-critique leurs donnent certains avantages de sûreté. D'un autre côté, ces systèmes reposent largement sur cette possibilité de stopper la source de neutrons en cas d'urgence. Par ailleurs, il pourrait s'avérer nécessaire de s'assurer que la source de neutrons externe ne fonctionne pas à pleine puissance quand du combustible neuf est présent dans le réacteur, ce qui pourrait engendrer une surcriticité de celui-ci.

Coûts. Le coût de la transmutation, en particulier pour ce qui concerne les procédés avancés , qui seraient nécessaires pour obtenir une réduction significative des actinides, est (quasiment) inabordable. De surcroît, bien qu'il y aurait une production d'électricité pour compenser ces coûts, il est hautement improbable que ces rentrées financières soient suffisantes. Le développement de la transmutation nécessiterait sans doute des dizaines de milliards de dollars, ainsi que des subventions additionnelles importantes même au cours de l'exploitation, c'est-à-dire même lorsque les ventes d'énergie électrique seraient censées produire des revenus.

Poursuite de l'énergie nucléaire. La transmutation n'est pas seulement étudiée dans le contexte de la gestion des déchets provenant de la génération actuelle de réacteurs nucléaires (c'est-à-dire comme faisant partie du processus de sortie de l'énergie nucléaire). La plupart des procédés de transmutation, particulièrement pour ce qui concerne l'Europe et le Japon, supposent une poursuite dans un avenir indéterminé de l'énergie nucléaire, considérant la transmutation comme faisant partie d'un nouveau cycle du combustible nucléaire. Etant donné qu'elle est censée résoudre certains problèmes actuels liés à l'énergie nucléaire, la transmutation est considérée par certains comme étant essentielle pour assurer la croissance continue de l'énergie nucléaire.

Conclusions et Recommandations

La conclusion principale à laquelle nous avons abouti est que les scéanarios de transmutation ne résoudront pas les problèmes de gestion de déchets à long terme. L'uranium correspond à près de la totalité du poids des déchets proposés pour la transmutation. Selon les propositions officielles actuelles, cet uranium serait traité en tant que déchet radioactif de faible activité, et serait évacué de façons qui engendreraient des risques bien plus grands que leur évacuation dans un site ouvragé convenablement sélectionné. De plus, des quantités considérables de matières transuraniennes resteraient en résidus de la transmutation, ainsi que des produits de fission à vie longue. De grandes quantités de nouveaux déchets seraient ainsi créées, en même temps que serait aggravés les dangers de prolifération et des coûts très élevés. Malgré ces inconvénients majeurs, certains continuent à considérer la transmutation comme un domaine de recherche 'attirant', vu comme essentiel pour revitaliser 'l'option nucléaire'. Les évaluations qui ont encouragé la promotion de la transmutation comme technologie de gestion des déchets apportent une analyse largement insuffisante, et elles ont été menées pour l'essentiel par ceux qui prônent une poursuite de l'énergie nucléaire.

A la lumière de ces conclusions, la recommandation principale de l'IEER est, étant donné qu'il n'y a aucune base cohérente qui justifie sa mise en oeuvre, d'abandonner la transmutation en tant que technologie de gestion des déchets.