Cet article de blog explique pourquoi la décontamination est considérée comme l'étape la plus critique du démantèlement des centrales nucléaires vieillissantes. Il examine les principes de l'élimination des radiations et les défis techniques que cela implique, et présente les conditions essentielles à un démantèlement sûr.
Le 19 juin 2017, l'unité 1 de la centrale nucléaire de Gori, en Corée du Sud, a cessé définitivement son activité. En service pendant 40 ans, cette unité a connu de multiples incidents, dont une panne générale d'électricité en février 2012. Ces événements ont constitué des éléments de preuve essentiels justifiant la fermeture et le démantèlement des centrales nucléaires vieillissantes. L'exploitation étant désormais à l'arrêt, l'unité 1 de Gori entame son processus de démantèlement, qui durera au moins 30 ans avant la remise en état complète du site. Le démantèlement d'une centrale nucléaire désigne le processus de gestion sûre et économique des installations nucléaires arrivées en fin de vie. Ce travail devant être réalisé dans un environnement radiologique, le démantèlement nucléaire requiert des technologies intégrant plusieurs disciplines, telles que la chimie, le génie radiologique et le génie mécanique. Cet article de blog vise à expliquer les stratégies et les processus du démantèlement nucléaire, ainsi que l'avenir des technologies associées.
Les stratégies de démantèlement des centrales nucléaires sont déterminées en fonction de variables techniques et politiques régionales. Elles se répartissent en deux grandes catégories : le démantèlement immédiat et le démantèlement différé, selon le délai d’attente avant le début des travaux. Le démantèlement immédiat consiste à attendre que les niveaux de radiation dans les bâtiments et sur le site descendent en dessous d’un certain seuil avant de procéder au démantèlement. Cette stratégie permet un démantèlement dans un délai relativement court, d’environ 15 ans, et facilite la restauration environnementale ultérieure. Cependant, elle est critiquée en raison du risque élevé d’exposition aux radiations, les travaux devant être menés alors qu’une certaine radioactivité subsiste, et de la production importante de déchets radioactifs. À l’inverse, le démantèlement différé consiste à attendre la décroissance radioactive naturelle avant de procéder au démantèlement. La gestion de l’installation pendant cette période d’attente nécessite environ 60 ans, tandis que son confinement par des structures en béton requiert plus de 100 ans. Bien que le processus de décontamination à long terme réduise les risques d’exposition aux radiations et la production de déchets, il présente des limites : des coûts de gestion élevés et des difficultés liées à la restauration environnementale et à la réutilisation du site après le démantèlement.
Le démantèlement d'une centrale nucléaire comprend six étapes : l'arrêt, la préparation au démantèlement, la décontamination, le démantèlement, l'élimination des déchets et la restauration de l'environnement. Les opérations essentielles sont la décontamination et le démantèlement, qui permettent d'éliminer la radioactivité à l'intérieur de la centrale. La décontamination est une technologie qui élimine sélectivement les pièces contaminées par les radiations ; la quantité de déchets radioactifs peut être réduite en fonction de la technologie de décontamination utilisée. Les principales cibles de décontamination sont les canalisations d'eau de refroidissement vieillissantes et la fine couche d'oxyde dure, de quelques micromètres d'épaisseur, qui se forme à la surface du combustible nucléaire usé. Cette couche d'oxyde contient divers contaminants, dont du cobalt radioactif provenant du combustible nucléaire. Pour éliminer ce matériau, difficile à retirer directement par l'homme ou les machines, plusieurs technologies de décontamination ont été développées. Parmi les méthodes représentatives, on peut citer l'injection alternée de solutions contenant des agents réducteurs et oxydants pour nettoyer les cuves et les canalisations, ou la pulvérisation d'eau à haute pression à l'intérieur de l'installation pour ablater les surfaces. Des recherches sont également en cours pour améliorer l'efficacité de la décontamination en utilisant des solutions de décontamination sous forme de mousse, qui ont une surface plus importante que les liquides.
Le démantèlement consiste à découper et à démanteler l'ensemble de l'installation après décontamination. L'élément le plus complexe à manipuler est le combustible nucléaire usé. La décontamination complète des réacteurs est difficile et le combustible nucléaire lui-même émet de fortes radiations, créant un environnement où les opérateurs humains ne peuvent pas effectuer directement les tâches de démantèlement. C'est pourquoi des bras robotisés remplacent les opérateurs humains lors du démantèlement. Les opérateurs ouvrent le couvercle du réacteur, y insèrent un bras robotisé relié à une grue, puis le referment. Le bras robotisé découpe avec précision les seules parties contaminées, les place dans des conteneurs et, une fois le travail terminé, les transporte vers une installation de traitement des déchets radioactifs. Les robots utilisés pour le démantèlement des centrales nucléaires doivent fonctionner de manière stable dans des conditions extrêmes, telles que l'exposition aux radiations, et, puisqu'ils manipulent des matières radioactives, des capacités de contrôle à distance de haute précision sont essentielles. En Corée, l'Institut coréen de recherche sur l'énergie atomique (KAERI) développe un robot de découpe pour le démantèlement de l'unité 1 de la centrale nucléaire de Gori, tandis que l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) a également annoncé son intention de développer des robots pour le démantèlement nucléaire. Il convient de noter que le robot développé par KAERI est conçu pour effectuer des inspections de réacteurs pendant le fonctionnement de la centrale et, lors de la phase de démantèlement, pour être équipé de bras capables de couper et de souder.
L'élimination des déchets radioactifs résiduels après le démantèlement des centrales nucléaires constitue un autre défi majeur. Ces déchets sont classés en déchets de faible activité et de haute activité selon leur concentration en radioactivité. Les déchets de faible activité peuvent être compactés, solidifiés dans du ciment et enfouis à plusieurs mètres de profondeur. Le problème réside cependant dans les déchets de haute activité. La plupart de ces déchets sont constitués de résidus solides vitrifiés issus du retraitement du combustible usé. La technologie permettant leur élimination complète n'est pas encore au point. La méthode la plus réaliste consiste à enfouir les déchets dans des formations géologiques profondes, à au moins 300 mètres de profondeur, et à ériger des parois en béton pour bloquer les fuites radioactives. Toutefois, cette solution n'est pas encore considérée comme idéale, notamment en raison de critères de sélection des sites d'enfouissement insuffisants.
Les déchets radioactifs ne se limitent pas aux matières solides. Comme l'a montré l'accident nucléaire de Fukushima, de grands volumes d'eau contaminée contenant des matières radioactives peuvent également être générés. À Fukushima, des installations de traitement sont en activité ; elles séparent les substances radioactives en faisant passer l'eau contaminée à travers une zéolite hautement absorbante. Cependant, cette méthode n'élimine pas les substances radioactives ; au contraire, elle les accumule dans les filtres ou les canalisations de l'installation, créant ainsi de nouveaux déchets radioactifs. En 2017, l'Institut coréen de recherche sur l'énergie atomique a mis au point une technologie de purification de l'eau contaminée par la radioactivité grâce à des micro-organismes. Cette technologie consiste à introduire des micro-organismes résistants aux radiations dans l'eau contaminée. Par des réactions de sulfuration biologique, le césium radioactif est transformé en une forme cristalline et précipité. Cette technologie est considérée comme respectueuse de l'environnement car elle élimine efficacement le césium, généralement difficile à précipiter, sans générer de déchets supplémentaires.
Selon le Centre d'information et de sûreté nucléaire, la durée de vie opérationnelle de 12 réacteurs nucléaires coréens, dont l'unité 1 de Gori, devrait atteindre son terme d'ici 2030. Avec l'augmentation du nombre de réacteurs vieillissants, la demande et le besoin en technologies de démantèlement nucléaire vont croître considérablement. La Corée n'est pas la seule concernée : des pays fortement dépendants de l'énergie nucléaire, comme la France, le Royaume-Uni et les États-Unis, sont également confrontés à des difficultés croissantes liées au vieillissement de leurs centrales. Cependant, contrairement à la Corée, où le cadre institutionnel n'est pas encore pleinement établi, ces pays ont déjà développé des politiques et des technologies de démantèlement nucléaire. Parmi les modèles représentatifs, on peut citer l'approche étatique (France, Royaume-Uni), où l'État pilote les projets de démantèlement, et l'approche privée (États-Unis, Allemagne), où des entreprises privées prennent en charge le démantèlement tandis que l'État assure la réglementation, la gestion et la supervision.
Le développement des technologies de démantèlement nucléaire est loin d'être simple ; il exige une intégration complexe de technologies issues de divers domaines et se déroule par phases sur plusieurs décennies. Pour démanteler en toute sécurité les centrales nucléaires vieillissantes de Corée et, par ailleurs, contribuer à relever le défi mondial du démantèlement nucléaire, le développement et l'investissement continus dans ces technologies sont essentiels.
