Stocker des déchets radioactifs à long terme ? La nature l’a déjà fait. Et nous ?

En 1942 démarrait le premier réacteur américain : Chicago Pile-1. Contrairement à ce qu’on pourrait penser, il n’était pourtant pas le premier réacteur à fonctionner sur Terre. Rassurez-vous, il ne s’agit pas d’une théorie du complot extravagante au sujet de civilisations anciennes technologiquement avancées, mais d’événements d’origine naturelle tout à fait connus.

En effet, il y a 2 milliards d’années, le sous-sol de ce qui est aujourd’hui le Gabon fut le théâtre de phénomènes exceptionnels : plusieurs réacteurs nucléaires naturels y ont fonctionné de façon autonome pendant des centaines de milliers d’années. De plus, si on peut aujourd’hui savoir ce qu’il s’est passé, c’est que ces réacteurs fossiles sont restés remarquablement stables jusqu’à aujourd’hui. Ainsi, les « déchets » radioactifs produits par les réactions nucléaires ont été naturellement « stockés » sur place pendant près de 2 milliards d’années.

Réactions en chaîne en pleine nature

L’uranium naturel est majoritairement composé de deux isotopes : environ 99,28% d’uranium 238 et 0,72% d’uranium 235, qui est utile pour l’exploitation de l’énergie nucléaire. Quel que soit le lieu sur Terre, tous les minerais d’uranium ont présenté cette même composition… enfin presque tous.

Car dans les années 1970, les ingénieurs du Commissariat à l’énergie atomique (CEA) ont remarqué une anomalie dans certains échantillons d’uranium. Au lieu des fameux 0,72%, on ne mesurait que 0,717% d’uranium 235. Cette différence apparemment minuscule est en réalité très significative, et nécessitait une explication. Il a donc été décidé de remonter la piste jusqu’à la mine d’où venaient ces échantillons, qui s’est avérée se trouver à Oklo dans le sud-est du Gabon. Effectivement, la teneur en uranium 235 y était plus faible, comme si des réactions nucléaires avaient eu lieu par le passé, consommant l’uranium 235. De plus, la présence d’éléments chimiques très particuliers, dans des quantités typiquement associées aux réactions nucléaires, ont achevé de convaincre les spécialistes : à une époque reculée, ces formations géologiques renfermaient des réacteurs nucléaires naturels. Les enquêtes ultérieures ont permis de mettre en évidence pas moins de 17 réacteurs distincts dans la région.

Site d’Oklo

Comment l’uranium naturel a pu engendrer une réaction en chaîne ? En effet, si l’eau joue le rôle de modérateur (favorisant la fission), une teneur minimum en uranium 235 de 3% est requise, c’est pourquoi il est actuellement nécessaire d’enrichir le combustible de nos réacteurs à eau. La réponse à cette énigme, c’est que la teneur en uranium 235 était plus grande par le passé, car il se désintègre plus vite que l’uranium 238. On dispose aujourd’hui d’un scénario plausible expliquant comment les conditions nécessaires ont pu être réunies il y a environ 1 800 millions d’années pour entretenir une réaction en chaîne. On estime que ces réacteurs ont été en activité pendant au moins 100 000 ans (Fessenheim n’a qu’à bien se tenir). Cependant leur puissance, ramenée au volume, était beaucoup plus faible que de celle des réacteurs artificiels.

Et nos déchets nucléaires alors ?

Le fait que les produits radioactifs de ces réacteurs naturels soient globalement restés confinés sur une durée si longue paraît plutôt rassurant vis-à-vis de nos propres programmes d’enfouissement des déchets radioactifs, même s’il convient de rester prudent sur les analogies.

En France, les déchets radioactifs proviennent principalement de l’exploitation du parc électronucléaire, mais aussi dans une moindre mesure des projets de recherche, de défense, et des activités industrielles et médicales. L’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA) en fait régulièrement l’inventaire en toute transparence. Elle les classe en catégories selon leur activité, correspondant au nombre de désintégrations par seconde (déchets « plus ou moins » radioactifs), et selon leur période radioactive, qui caractérise la vitesse à laquelle la radioactivité décroît (vie longue ou vie courte). Le débat autour des déchets radioactifs concerne principalement ceux de haute activité (HA), et de moyenne activité et vie longue (MA-VL), qui constituent 99,8% de la radioactivité des déchets produits. Le combustible nucléaire étant très dense en énergie, les quantités de déchets en jeu sont plutôt faibles : un Français produit un volume d’environ 30 cm³ de déchets HA et MA-VL par an. Il s’agit essentiellement des produits de fission (fragments des noyaux lourds ayant subi la fission) et de transuraniens (formés par absorption de neutrons).

Le stockage profond concerne les déchets encadrés en rouge : haute activité, et moyenne activité à vie longue, soit 3,2% du volume des déchets radioactifs. Source : ANDRA

Que l’on soit pour ou contre l’utilisation de l’énergie nucléaire dans la production d’électricité, le fait est que les déchets sont là quoi qu’il en soit, et il convient de trouver une solution. En France, la loi de 2006 a notamment retenu un projet d’enfouissement profond des déchets radioactifs appelé Cigéo, sur lequel l’ANDRA travaille depuis plus de 20 ans.

Ce projet prévoit un stockage à 500 m sous terre dans une formation argileuse de l’est de la France choisie pour sa stabilité à long terme. Pour garantir le confinement, les déchets HA sont conditionnés dans une matrice de verre, selon un procédé de vitrification développé au CEA. Ces « colis » vitrifiés de 400 kg sont emballés dans un acier inoxydable et actuellement entreposés à l’usine de La Hague.

« Colis » radioactifs vitrifiés enveloppés d’acier. Source : IRSN

Il s’agit réellement d’un stockage long terme : la radioactivité reste forte pendant des centaines de milliers d’années. Un stockage sur ces échelles de temps soulève beaucoup de questions, par exemple : quels signes utiliser pour indiquer le danger radioactif ? Quelle langue parlera-t-on en France dans 10 000 ans ? Il est probable qu’on ne parvienne pas à transmettre les informations nécessaires sur de si longues périodes. La Finlande a d’ailleurs fait le choix d’un enfouissement « pour l’éternité », avec un site scellé éventuellement destiné à être « oublié ». Concernant le projet Cigéo, des réflexions sont en cours pour déterminer le degré de flexibilité de la gestion du site de stockage.

L’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) effectue des expertises indépendantes sur la gestion du risque nucléaire, et travaille notamment sur Cigéo. Dans leur dernier rapport, ils concluent que « le projet a atteint, dans l’ensemble, une maturité satisfaisante », malgré quelques bémols. Même si le stockage géologique profond est une solution convenable, il serait toute de même utile de limiter notre production de déchets radioactifs, mais comment ? Une première possibilité est évidemment de réduire voire stopper le recours à l’énergie nucléaire, décision qui mérite réflexion en regard de la contrainte énergie-climat. Une autre option est de développer des filières de surgénérateurs, qui permettent dans une large mesure de cesser de créer les déchets les plus gênants, de sorte que seulement quelques siècles (au lieu de centaines de milliers d’années) soient nécessaires pour que la radiotoxicité redescende à celle de l’uranium naturel. De plus, ces filières garantissent un approvisionnement durable en combustible, en tirant beaucoup plus d’énergie du minerai d’uranium, et permettant l’exploitation du thorium, plus abondant. En supposant qu’elle se dote d’un parc de surgénérateurs, la France, avec son stock d’uranium appauvri, dispose d’assez de combustible pour plusieurs milliers d’années au rythme actuel de consommation. Néanmoins, si plusieurs surgénérateurs ont déjà été construits et exploités dans le monde, davantage de recherche est nécessaire pour un déploiement commercial.

Enfin, gardons à l’esprit qu’à plus long terme, l’humanité pourra peut-être compter sur la fusion nucléaire, qui, si elle est difficile à mettre en œuvre, demeure une source d’énergie idéale.