Les déchets radioactifs.

          Un lecteur s'étonne que j'aie dit, dans mon article du 10 février 2025 que l'énergie nucléaire était renouvelable et il me demande de donner davantage d'information dans ce domaine.
         Pour pouvoir donner ces explications, je dois d'abord préciser ce que sont les déchets  qui résultent du fonctionnement d'un réacteur nucléaire.

 Un point qui est souvent ignoré en ce qui concerne le "danger nucléaire" :

                     - d'abord nous sommes soumis à de nombreux rayonnements ionisants et ceux provenant de l'industrie nucléaire, pour les personnes qui y sont exposées, sont peu importants (moins de 0,6 % cf figure ci-dessous).

                     - ensuite les déchets nucléaires ne représentent qu'un tonnage peu important par rapport à des déchets  d'autres activités industrielles, qui génèrent des déchets hautement toxiques en quantités très supérieures.
           La production annuelle de déchets de toute nature est de l'ordre de trois tonnes par habitant, dont 500 kg de déchets ménagers, 100 kg de déchets chimiques toxiques et moins de 1 kg de déchets radioactifs, dont les déchets à haute activité issus des réacteurs ne représentent que 7%.
         En outre, les déchets radioactifs sont soigneusement confinés et recensés, alors qu'il n'en va pas toujours de même pour les déchets chimiques.  

Les déchets produits dans un réacteur nucléaire.

          Dans les réacteurs actuels à eau légère, la réaction de fission produit des neutrons rapides, mais une grande partie d'entre eux est ralentie et ce sont ces neutrons lents qui vont provoquer la fission, la matière fissile étant de l'uranium 235 qui représente 0,72 % du minerai de l'uranium 238, extrait du sol terrestre, puis purifié et enrichi, en Uranium 235 à quelques %. On peut aussi fissionner du plutonium 239, mais ce sont alors les neutrons rapides non ralentils qui le font
          Le noyau d’uranium ou de plutonium se fragmente généralement en deux morceaux de tailles inégales : un noyau léger comportant de 80 à 110 nucléons et un noyau plus lourd de 130 à 155 nucléons. La répartition des produits de fission dépend peu du noyau qui a fissionné : uranium-235 ou plutonium-239. La courbe ci-dessous donne une idée de cette répartition.

           Si on prend un exemple de produits de fission du haut de la courbe : baryum et krypton  
                                         
          Le nombre total d'électrons est conservé : 36 + 56 = 92
          3 neutrons produits pour un qui a provoqué la fission : perte de 2 et 93 + 140 + 2 = 235
          Les deux produits de fission krypton⁹³ et baryum¹⁴⁰ ont un excès de neutrons. 
          Le premier Krypton stable est Kr⁸⁶  et donc le Kr⁹³ a 7 neutrons en trop. De même le Ba140 a 2 neutrons en trop et ces deux éléments sont donc instables et vont se désintégrer, les neutrons en excès se transformant en un proton et un électron, lesquels électrons sont expulsés du noyau, (rayonnement bêta), selon l'équation ci-dessous. Le ⁹³₄₁Nb est stable. : 

         Les durées indiquées sont celles au bout desquelles la radioactivité du produit diminue de moitié, la moitié des atomes ayant subi la désintégration. (demi-vie).  ( la radioactivité est divisée par 1000 toutes les 10 demi-vies)
          A u bout de quelques mois on a donc dans le combustible, un mélange d'uranium 238, d'U²³⁵ fissile et de produits de fissions et de tous leurs descendants.
         Ceux qui ont des durées de vie courtes sont très radioactifs, mais disparaissent assez vite. D'autres émettent peu de rayonnement mais décroissent peu. Quelques exemples zirconium 96 : 2. 10¹⁹ ans, cérium 142: 5. 10¹⁶ ans, Cadmium 113 : 8. 10¹⁵ ans ....
         Deux produits de fission sont gênants parce qu'à vie moyenne mais qui sont plus radioactifs : le cesium 137 : demi-vie 30,2 ans et le strontium 90  : 28,8 ans.

         Mais d'autres produits radioactifs sont aussi produits, du fait que tous les neutrons rapides ne sont pas tous ralentis et ils agissent alors sur l'uranium en donnant des produits de désintégration. Ce sont des éléments lourds isotopes de plutonium, de neptunium, d’américium et de curium, appelés actinides.qui sont peu radioactifs mais avec des vies très longues. La carte ci dessous donne un aperçu des réactions de désintégration.

Les réacteurs à neutrons rapides

          Si au lieu d'un réacteur à neutrons lents, on utilise un réacteur à neutrons rapides, on produit beaucoup moins de fissions, mais on va désintégrer non seulement de l'U235, mais aussi de l'U238 non fissile et qui représente plus de 95 % du combustible, et on peut ainsi fissionner du plutonium 239 et des actinides produits à partir de l'U238.
          Non seulement on détruit des déchets gênants, mais on rend utilisable l'Uranium 238 et donc on multiplie par 100 la quantité de combustible utilisable. On a ainsi des réserves d'uranium pour des milliers d'années.                        

          Une autre option et possible : le Thorium 232, de numéro atomique 90, dont le minerai est extrêmement présent dans la croute terrestre. (10 fois plus au moins que l'uranium).
          Métal lourd de la famille des actinides, il a actuellement de nombreuses applications industrielles matériau réfractaire, cathode en électronique, catalyseur en chimie, Il est très faiblement radioactif  (demi-vie 14 milliards d’années) et il est utilisé comme petites sources radioactives en biologie médicale. (émetteur alpha de noyaux d'hélium)+

           Le thorium 232 n'est pas lui même fissible, mais sous l'effet de neutrons lents ou rapides, il se désintègre selon les équations : (où ν_e. est un neutrino) :

          L'U233, qui est produit avec une période de 27 jours, est lui fissile, avec un excellent rendement et produit peu de déchets, surtout dans un réacteur à neutrons rapides.
          Le problème est donc de produire cet U²³³. Pour cela on charge le thorium dans un réacteur actuel et on le laisse se désintégrer dans une première période. On le sépare chimiquement du thorium (que l'on pourra réutiliser), et on peut alors l'utiliser comme combustible.
           Les études actuelles (France, États-Unis, Chine², Inde, Japon). visent principalement à l'utiliser dans des réacteurs de 4ème génération à sels fondus.
           On peut ainsi, peu à peu, transformer tout le Thorium232 en U233 et fissionner entièrement celui-ci. On a ainsi une quantité de combustible énorme et l'on peut dire que l'énergie nucléaire est renouvelable.
            L'autre avantage du Thorium est de donner naissance à des actinides mais dont la plupart sont fissiles aux neutrons rapides ou dont la désintégration aboutit à des éléments plus stables..

Le combustible MOX

          En attendant ces réacteurs à sels fondus, on peut recycler du plutonium 239 (qui provient de la désintégration de l'uranium 238 dans un réacteur), dans les réacteurs actuel à eau légère, en utilisant les neutrons qui ne sont pas ralentis et du combustible "MOX" ;  constitué d'environ 8,5 % de plutonium 239 et 91,5 % d'uranium 238 appauvri (après extraction de l'U235).
         Le combustible est constitué de petites pastilles d'oxydes frittées (c'est à dire compressées à chaud) que l'on introduit dans des tubes métalliques en zirconium de 4 mètres de long.
         Dans le réacteur, le plutonium est fissionné et transforme l'uranium 238 en plutonium. il y a "surgénération".
         Toutes le contrôle de réacteurs utilisant le MOX et différent du fait de la production plus importante de neutrons rapides et on ne charge qu'une partie du combustible en MOX; Seuls certains des réacteurs actuels français peuvent l'utiliser. L'EPR est doté 'un contôrle de fonctionnement qui peuit lui permettre d'utiliser 100% de Mox.