Optimiser globalement la gestion des déchets radioactifs de démantèlement

15/03/2016
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2016-1:16278
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Optimiser globalement la gestion des déchets radioactifs de démantèlement

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64 Z REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 Introduction En matière de déchets radioactifs, un démantèlement réussi est un déman- tèlement pour lequel une optimisa- tion globale de la gestion des déchets radioactifs aura été recherchée, de leur production à leur stockage en passant par leur caractérisation, leur traitement, leur conditionnement et leur transport. La démarche d’optimisation consiste à chercher simultanément à exposer le moins possible les intervenants aux rayonnements ionisants, à minimiser les coûts, à limiter la production de déchets et à utiliser au mieux les capacités des centres de stockage de déchets. L’enjeu est significatif : on estime que, entre 2016 et 2030, 700 000 m3 de déchets radioactifs seront livrés au Cires (Centre industriel de regroupement d’entrepo- sage et de stockage) dont l’essentiel proviendra des démantèlements des installations nucléaires (figure 1). Ce sont pour l’essentiel des déchets de faible et moyenne activité à vie courte (FMAVC) et de très faible activité (TFA) L’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs), créée en 1991, est chargée de la gestion à long terme des déchets radioactifs produits en France et notamment de la création et de l’exploitation des centres de stockage. Parce que les conditions de prise en charge de ces déchets conditionnent les étapes en amont du stockage et réci- proquement (la spécificité de certains déchets produits peut induire des chan- gements dans les modes de stockage), l’Andra est actrice du démantèlement. Elle doit coordonner ses actions avec celles de tous les autres acteurs : exploi- tants nucléaires responsables du devenir de leurs installations, opérateurs interve- nant sur les sites, industriels disposant d’outils de traitement des déchets et transporteurs. Garantir les exutoires Le rôle de l’Andra est d’abord de mettre en place les solutions de stoc- kage nécessaires et notamment celles qui sont à développer : - gique profonde (500 mètres) pour les déchets de haute activité et les déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL). Les volumes de dé- chets MAVL qui seront produits par le démantèlement sont assez faibles (quelques milliers de m3 ). Ce sont pour l’essentiel les parties les plus ac- tives des réacteurs (cuve ou éléments internes des cuves) ou encore les déchets produits par les installations du cycle du combustible, dont font partie les laboratoires de recherche, très concentrés en radionucléides à période longue (en particulier les acti- nides, dont le plutonium). activité à vie longue (FAVL), qui per- mettra en particulier la prise en charge des déchets de graphite produits par le démantèlement des réacteurs de la gaz) : il s’agit des premiers réacteurs électrogènes de puissance français. Ces déchets de graphite ont notam- ment pour particularité de contenir du chlore 36, radioélément béta à vie longue (300 000 ans de période). Le concept prévu consiste en un stoc- kage à faible profondeur (environ 30 mètres) dans une couche d’argile dont les propriétés doivent garantir un confi- nement des radionucléides. Un tel Optimiser globalement la gestion des déchets radioactifs de démantèlement Par Michel Dutzer1 , Frédéric Legée2 Directeur industriel de l’Andra1 , Adjoint au Directeur Industriel de l’Andra2 It is estimated that by 2030, the dismantling of nuclear installations will have generated more than 700 000 cubic meters of radioactive waste and more than 2 million cubic meters by 2070. As an agency tasked with offering disposal solutions for all radioactive waste, Andra has an important role to play, in adapting waste management conditions to the specific needs of dismantling, studying solutions to reduce the volumes of wastes, guaranteeing the outlets or stimulating innovation. This approach requires close collaboration with other stakeholders involved in dismantling (such as licensees, operators and transporters), in order to set up the most appropriate tools and organisation and optimise all aspects of waste management. Regarding radioactive waste, a successful dismantling operation requires solutions which successfully optimize every aspect of radioactive waste management, from the production of waste to its disposal, including waste cha- racterisation, processing, packaging and transport. Optimization seeks to minimize personnel exposure to ionising radiation and costs, to limit waste production, and make optimal use of capacity at waste disposal facilities. ABSTRACT REE N°1/2016 Z 65 Optimiser globalement la gestion des déchets radioactifs de démantèlement stockage permettra également la prise en charge de déchets issus de l’assai- nissement d’anciens sites radioactifs, mais non nucléaires (par exemple l’industrie du radium, essentiellement avant la seconde guerre mondiale). Le projet Cigéo est actuellement en phase d’études de conception. S’il est autorisé, sa construction devrait commencer à l’horizon 2021 pour un démarrage par une phase industrielle pilote en 2025. Pour ce qui concerne le projet de stockage dédié aux déchets FAVL, l’Andra a remis à l’été 2015 au ministère chargé de l’énergie et à l'Auto- rité de sûreté nucléaire (ASN) un rap- port d’étape sur le projet présentant les avancées scientifiques et techniques et identifiant les sujets à approfondir dans la suite du programme d’études et de recherches. Pour les stockages déjà opération- nels, deux grandes filières concentrent plus de 90 % des déchets de démantè- lement à produire : activité à vie courte (FMAVC) dont le stockage est opérationnel au centre de stockage de l’Aube (CSA), depuis 1992. La production prévue par les démantè- lements devrait être de 200 000 m3 à l’horizon 2030. Sa capacité d’un mil- lion de mètres cubes de colis de dé- chets devrait être atteinte à l’horizon 2060. Moyennant des efforts de den- sification, ce centre pourra absorber l’ensemble des déchets produits par le fonctionnement et le démantèlement des installations nucléaires existantes ou dont la création est autorisée. Une attention particulière sera cependant portée sur le contenu des déchets en radioéléments à vie longue dont les quantités sont limitées au CSA. C’est en particulier le cas pour le chlore 36. sont stockés depuis 2003 au Cires (Centre industriel de regroupement d’entreposage et de stockage) à proxi- mité du CSA. Cette filière TFA est souvent considé- rée comme spécifique à la France. En effet la réglementation française interdit la définition d'un seuil de libération, c’est- à-dire d'un niveau de radioactivité (en Bq/g) en dessous duquel le déchet peut être considéré comme « non radioactif ». Ce seuil, appliqué dans les autres pays est en général de l’ordre de 1 Bq/g. Par conséquent, en France, un déchet est classé radioactif en fonction de la zone d’origine (classée zone à déchets nucléaires), ceci pour limiter tout risque de sortie d’un déchet présentant des risques de contamination, de l’industrie nucléaire. Cette règle a pour contrepar- tie l’orientation dans la filière TFA, de déchets qui ne présentent pas de traces - time que cela concerne 30 à 50 % des volumes TFA. Des dérogations à cette règle sont théoriquement possibles, mais n’ont jamais été appliquées jusqu’à présent. Dans les années à venir, une telle dé- rogation pourrait être demandée pour les aciers issus du démantèlement de l’usine d’enrichissement Eurodif, si le processus de décontamination est suf- fisant (voir plus loin). L’enjeu principal de la filière TFA concerne les volumes car les niveaux de radioactivité reçue sont en géné- ral bien plus faibles que les niveaux autorisés au Cires. La capacité autori- sée y est de 650 000 m3 sur lesquels 300 000 m3 étaient déjà stockés fin Figure 1 : Evolution du volume de déchets TFA depuis 2003 et prévision à terminaison du démantèlement du parc actuel – Source : Andra. 66 Z REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 2015. Compte tenu des flux de déchets prévus par les démantèlements dans les prochaines années (de 20 000 à 35 000 m3 /an), ceci devrait conduire à une saturation de la capacité réglemen- taire à l’horizon 2025. L’optimisation technique des alvéoles de stockage (figures 2 et 3) pourrait repousser cette saturation au-delà de 2030, sous réserve d’une autorisation administra- tive. Ainsi le volume de chaque alvéole de stockage (environ 30 000 m3 par alvéole) a pu progressivement être augmenté tant en profondeur qu'en longueur et hauteur, pour une emprise nécessaire de créer une nouvelle ins- tallation de stockage après 2030. Cette installation sera en bonne partie dédiée au démantèlement du parc de réacteurs EDF actuellement en fonctionnement. chaque réacteur devrait produire environ 10 000 m3 de déchets TFA. En fonction des optimisations possibles en amont du stockage, la capacité nécessaire pour ce nouveau centre se situera entre 600 000 et 1 200 000 m3 . Les principales options à étudier pour réduire les capacités volumiques TFA nécessaires sont : la densification : des presses à com- pacter sont actuellement utilisées, mais leur puissance reste modeste. Des investissements plus lourds pour- raient être envisagés, à condition d’ob- tenir des densités finales élevées. Pour les métaux, la fusion permettrait des gains substantiels (un facteur 5), mais les investissements sont élevés. Enfin l’incinération réduirait les volumes ul- times d’un facteur 10, mais les coûts actuels de l’unique incinérateur fran- çais (Centraco) ne sont pas compéti- tifs par rapport au stockage direct des déchets TFA. la valorisation : ce point est décrit dans un chapitre ultérieur. la réduction à la source : des évolu- tions du zonage au cours de la vie de l’installation nucléaire permettraient d’éviter de « surclasser » des déchets conventionnels en déchets TFA. Des procédures plus souples permettant de telles évolutions sont envisagées. la mise en place de stockages « al- ternatifs » : pour de grandes quantités et pour des niveaux d’activité mini- maux (au niveau de la radioactivité na- turelle), des stockages analogues aux conventionnels pourraient être éco- nomiquement intéressants. L’intérêt économique pourrait être renforcé si ce (ou ces) stockages pouvaient se situer à proximité de sites de déman- tèlement si les conditions géologiques étaient favorables. Figure 2 : Coupe schématique des alvéoles au Cires – Crédit photo : Andra. Figure 3 : Photo d’une alvéole au Cires – Crédit photo : Andra. REE N°1/2016 Z 67 Optimiser globalement la gestion des déchets radioactifs de démantèlement Adapter les conditions de prise en charge aux déchets de démantèlement La prise en charge des colis de déchets a été développée pour des déchets issus du fonctionnement cou- rant des installations nucléaires qui pré- sentent un caractère répétitif. Ainsi des colisages standards ont-ils été dévelop- pés et sont compatibles avec le fonc- tionnement quotidien de nombreuses installations nucléaires. Ce n’est pas le cas des déchets de démantèlement pour lesquels des solutions « sur me- sure » devraient pouvoir être dévelop- pées. Une expérimentation est menée avec le CEA pour le démantèlement de Marcoule qui pourra bénéficier ensuite aux autres chantiers. Un enjeu majeur consiste à exploiter la flexibilité des centres de stockage pour simplifier les opérations de démontage et de découpe sur les chantiers de dé- mantèlement et ainsi réduire les doses radioactives, les coûts et les délais. Ainsi, le CSA a pu prendre en charge des colis dits « hors normes », comme les protections neutroniques latérales du ouvrage spécifique a été construit pour stocker les couvercles de cuve des réac- teurs EDF (figure 4), qui ont fait l’objet d’un remplacement à partir des années 2000. Dix années d’instruction ont été nécessaires pour lancer ces opérations (instruction du dossier, gestion de la logistique, construction de l’ouvrage dé- dié). Le 55e et dernier couvercle de cuve prévu a ainsi été stocké en novembre 2015. Plus couramment des pièces de quelques m3 sont stockées directement, dès lors que les contaminations rési- duelles sont « fixées ». Au Cires, l’Andra a accueilli et stocké dans des conditions spécifiquement adaptées les quatre générateurs de va- peur du réacteur de Chooz A. Ces com- posants, d’un volume de 100 m3 et de 100 t environ chacun, ont été stockés dans une alvéole, sur une dalle spéciale- - tés par un liant hydraulique, afin d’assurer la stabilité mécanique dans le temps des alvéoles TFA (figure 5). Par la suite, une alvéole spéciale dotée de moyens de manutention lourds sera mise en service au Cires en 2017 pour faciliter la prise en charge de tels déchets. D’autres pistes d’optimisation seront explorées, en particulier concernant la filière TFA. L’utilisation de “big bags” de grande contenance, supérieure à celle des colis actuellement utilisés au Cires, pourra par exemple être envisagée pour la prise en charge de terres contami- nées. Le stockage direct, sans colisage de grandes quantités de matériaux TFA, est - cation de la logistique (transport direct en bennes de grands volumes), une telle pratique pourrait limiter les vides et donc optimiser les volumes de stoc- kage. Cependant ce type de stockage ne pourra convenir qu’aux déchets dont l’activité radiologique est très faible, voire indécelable et avec une homogé- néité garantie. En effet, l’intérêt écono- mique du Cires repose sur la simplicité de son concept, proche de ce qui est fait pour les installations de stockage des déchets conventionnels. Un stockage « direct » sans colisage ne doit pas in- Figure 4 : Transport d’un couvercle de cuve – Crédit photo : Andra. Figure 5 : Stockage d’un générateur de vapeur au Cires – Crédit photo : Andra. 68 Z REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 duire de contraintes de radioprotection qui rendraient les opérations coûteuses. Valoriser les déchets radioactifs Pour utiliser au mieux les ressources rares que constituent les centres de stoc- kage, les possibilités de valorisation des déchets ont fait l’objet d’études dans le cadre du plan national de gestion des matières et déchets radioactifs avec les autorités et les producteurs de déchets. 40 % des déchets produits par les démantèlements seront des déchets métalliques, ce qui en fait le principal gi- sement à étudier avec plus de 700 000 t produites d’ici la fin des démantèlements. Alors que ces déchets sont facilement recyclables dans l’industrie convention- nelle, cela a été très rarement fait dans l’industrie nucléaire (quelques centaines de tonnes, principalement dans l’installa- tion de traitement Centraco, à Marcoule). En effet les débouchés sont à identifier prioritairement dans l’industrie nucléaire, où les besoins sont limités. Des colis en fonte en métal recyclé en remplacement de colis en béton ont ainsi fait l’objet d’études. Mais l’équilibre économique d’une fonderie est difficile à atteindre en comparaison avec le coût du stockage au Cires (autour de 500 euros/ m3 ), et ceci malgré la compensation par la réduction du volume stocké au CSA (l’utilisation de métal au lieu du béton, permet de « concentrer » l’activité, donc les volumes). De plus cette substitution nécessite des aménagements lourds dans les installations qui produisent les colis. Les études se poursuivent, tant pour les colis destinés au CSA que pour des colis destinés au stockage géolo- gique. Une option intéressante pourrait venir du démantèlement des généra- teurs de vapeur EDF (100 000 tonnes de métal sur 30 ans), qui pourrait permettre de produire des colis, sur 25 ans environ. Des débouchés hors industrie nu- cléaire devront être envisagés, si l’on veut pouvoir recycler une part plus importante de ces déchets métalliques. Toutefois ces déchets devront être à des niveaux d’activité résiduelle similaires aux niveaux naturels. de déchets métalliques TFA provenant des chantiers de démantèlement pour- raient être réutilisées annuellement sans contrainte radiologique (plus d’un tiers du tonnage reçu) moyennant un traitement et/ou un contrôle adapté. C’est notamment le cas pour le dé- mantèlement de l’installation d’enrichis- sement par diffusion gazeuse Eurodif 2010. Son démantèlement devrait pro- duire 150 000 t d’acier, entre 2025 et 2035, avec une contamination résiduelle à l’uranium autour de 10 Bq /g. Si ces ni- veaux apparaissent trop élevés pour une réutilisation directe, une opération de fu- sion devrait permettre d’extraire l’essen- tiel de l’uranium. Des tests sont d’ores et déjà planifiés afin de mieux qualifier le potentiel de décontamination. Par la suite, des dérogations devront être obtenues pour permettre de réutili- ser ces matériaux dans le domaine non nucléaire. Le deuxième principal gisement de dé- chets concerne les matériaux de construc- tion cimentaires, autrement dit les gravats qui seront principalement produits par la destruction des bâtiments. Les volumes sont estimés supérieurs à 500 000 t. Ces volumes sont en bonne partie liés à l’état radiologique final des sites nucléaires A ce jour, seule une réutilisation en ouvrage de stockage TFA fait l’objet par an de bétons TFA pourraient, après concassage, remplacer une partie du sable utilisé pour remplir les vides dans les alvéoles du Cires. Elles permettraient d’augmenter la quantité de déchets stockés dans les alvéoles. Cela est par- ticulièrement vrai pour le remplissage des vides intérieurs aux colis puisque les volumes de matériaux de comblement consommeraient une capacité nulle de volume d’alvéole. A plus long terme, il devrait être pos- sible de réutiliser ces matériaux cimen- taires comme matière de base pour de nouveaux matériaux cimentaires, en particulier pour l’injection de colis de déchets radioactifs ou la construction d’ouvrages de stockage. Une autre option pour gérer ces ma- tériaux cimentaires pourra également être une réutilisation dans un domaine non nucléaire, par exemple pour des tra- vaux routiers. Comme pour les métaux, un tel projet supposera l’obtention de dérogations, basées en particulier sur la garantie d’absence d’impact. Ceci suppose l’identification de grands gise- ments (> 100 000 t), homogènes, per- mettant la mise en place de processus industriels de décontamination et/ou de contrôle. A ce jour de tels gisements ne sont pas identifiés. Sécuriser les scénarios de démantèlement en renforçant les synergies Les scénarios de démantèlement, et donc les options de gestion des déchets, se préparent bien avant le débouchent sur des investissements dans des outils de traitement et de conditionnement ; ils structurent des marchés entre exploitants nucléaires et opérateurs. Ces investissements et ces marchés doivent être sécurisés en stabilisant autant que possible les condi- tions de prise en charge des déchets en stockage ou, à défaut, en anticipant les éventuelles évolutions pour identifier les dispositions permettant de s’y adapter. Dans le domaine du stockage comme pour les opérations de démantèlement de terrain, les études doivent démarrer dès le début des projets de démantèlement. Si les spécifications d’acceptation dans les centres de stockage actuels peuvent REE N°1/2016 Z 69 Optimiser globalement la gestion des déchets radioactifs de démantèlement constituer une base pour élaborer un projet de démantèlement, il est essentiel de conserver à l’esprit que de nouvelles options peuvent être mises en œuvre. L’Andra a ainsi étudié l’intérêt de créer un stockage sur un site de déman- tèlement, ceci afin de limiter les trans- ports, voire les colisages. A ce stade les conclusions ont montré que de telles solutions ne sont viables que pour de très grands volumes et si les conditions géologiques ne sont pas défavorables. De telles études ont le mérite d’ouvrir le champ du possible. D’une façon générale, pour faire face aux grands volumes de déchets TFA, le plan national de gestion des déchets et matières radioactives a recommandé d’investiguer un certain nombre de so- lutions nouvelles et en particulier : déchets classés TFA dont l’activité est au niveau de la radioactivité naturelle. De tels centres seraient similaires aux centres de stockage des déchets non radioactifs et permettraient de sim- plifier encore le stockage, donc de réduire les coûts. différentes options de densification (mécanique, thermique). Ceci nécessite une implication com- mune des différents acteurs (opéra- teurs, entreprises de démantèlement, logistique, stockage) sur les principaux chantiers de démantèlement. Bien se comprendre pour mieux tra- vailler ensemble est l’une des clés d’une meilleure collaboration tout au long du processus de démantèlement. Vis-à-vis du stockage, l’Andra a mis en place une offre de formation pour sensibiliser ceux qui ont à conditionner les déchets aux enjeux de sûreté traduits dans les spé- cifications d’acceptation des déchets en stockage. Elle vise notamment à assu- rer la qualité des colis produits par les chantiers. Aussi la réalité des chantiers montre- t-elle que, malgré le travail de prépa- ration, des déchets imprévus peuvent apparaître au fil des travaux, perturber l’organisation et augmenter les coûts. - dement pour traiter ces déchets et les orienter vers l’exutoire pertinent. Stimuler l’innovation Le démantèlement est devenu une activité amenée à se développer dans les décennies à venir, même si les plan- nings des grands chantiers ont tendance à être décalés dans le temps. Sa seule source de financement provient des pro- visions constituées pendant le fonction- nement des installations. L’optimisation de l’utilisation de ces fonds est cruciale. L’innovation doit préparer l’avenir. Pour accompagner les efforts de R&D de l’ensemble des acteurs du démantè- lement, l’Andra a sollicité la communauté académique et le tissu des PME françaises pour lancer des projets fortement collabo- ratifs. Monté en coordination avec l’Agence nationale pour la recherche, l’appel à pro- jets vise à transposer à la gestion des dé- chets radioactifs certaines technologies ou savoir-faire existants ou en développement porte sur quatre thématiques : sur l’innovation et la société. Une première série de projets a été sé- lectionnée en août 2015. Certains d'entre eux revêtent un caractère industriel (chan- tier de démantèlement Eurodif, future fondamentaux constituent des dévelop- pements à plus long terme. Le montant total de financement de cette phase est de l’ordre de 20 MF. Fin 2015 a été lan- cée une deuxième phase de sélection de projets. LES AUTEURS Michel Dutzer - triel de l’Andra. A ce titre il est res- ponsable de la gestion des filières opérationnelles de prise en charge a été directeur du Centre de stoc- kage dans l’Aube de 1994 à 1997. Frédéric Legée est adjoint au direc- particulier en charge des études et évaluations de nouveaux procédés - lé au CEA, dans les installations nu- cléaires en démantèlement, et pour la gestion des déchets radioactifs.