REDUCE transforme les déchets nucléaires en combustible et autres produits de valeur. Département de l’Énergie des États-Unis
Les États-Unis stockent environ 94 000 tonnes de déchets nucléaires, ce qui revient à qualifier de « déchets » tout l’or de Fort Knox. Une nouvelle technique est en cours de développement pour récupérer leur valeur intrinsèque, permettant ainsi de dégager des milliards de dollars de combustible réutilisable et d’isotopes de grande valeur.
Malgré la plus grande capacité de production d’énergie nucléaire au monde, les États-Unis ont, depuis les années 1970, adopté une approche relativement rétrograde dans ce domaine. Contrairement à de nombreux autres pays, les États-Unis ont abandonné les réacteurs surgénérateurs et le retraitement du combustible nucléaire dès les années 1970.
De ce fait, les États-Unis possèdent environ 94 000 tonnes de déchets nucléaires de haute activité, souvent perçus comme dangereux et inutiles, et devant être enfouis à l’abri de tout contact avec l’extérieur pendant plus de 100 000 ans. En réalité, ces déchets sont composés d’un mélange d’éléments radioactifs et de leurs isotopes d’une valeur inestimable.
Par exemple, le combustible nucléaire usé contient encore environ 90 % de son uranium et de son plutonium. À cela s’ajoutent des isotopes comme le strontium-90, le rhodium-103, le palladium-105-110 et l’américium-241, qui ont de nombreuses applications médicales, industrielles et spatiales/terrestres. Ces seuls isotopes présents dans les déchets nucléaires représentent une valeur estimée à 24 milliards de dollars américains, tandis que le combustible d’uranium et de plutonium vaut des billions de dollars, ce qui rend la valeur des isotopes dérisoire.
C’est cette valeur potentielle qui explique la complexité du stockage des déchets nucléaires. Il ne s’agit pas seulement de trouver un site acceptable ou un moyen de se débarrasser des déchets sans espoir de les récupérer. Ces deux aspects sont relativement faciles à régler. Le véritable enjeu est de disposer d’un moyen sûr de stocker les déchets et de pouvoir les récupérer ultérieurement.
C’est en partie ce qui motive le nouveau projet REDUCE (Recover Elements – Destroy Undesirables – Create Energy ou Récupérer les éléments – Détruire les indésirables – Créer de l’énergie). L’autre volet consiste à réduire drastiquement les stocks de déchets en incinérant la majeure partie de ces derniers dans des réacteurs à fission.
Développé par SHINE Technologies, le Laboratoire national d’Argonne et l’Université Case Western Reserve (CWRU) sous l’égide du Département de l’Énergie des États-Unis, REDUCE vise à accélérer considérablement le processus d’extraction chimique actuellement utilisé pour séparer les éléments nucléaires.
Le procédé commence par la dissolution du combustible Spec dans de l’acide nitrique. Traditionnellement, la séparation chimique, par des méthodes comme PUREX, consiste à introduire la solution dans de grandes colonnes à garnissage alimentées par gravité. Dans ces colonnes, des solvants chimiques aqueux et organiques circulent l’un à côté de l’autre, collectant les différents éléments qui sont séparés par densité. Ce procédé fonctionne, mais il est lent et coûteux.
La séparation complète prend des heures et les solvants organiques ont tendance à se décomposer sous l’effet des radiations. De plus, les isotopes à courte période radioactive sont généralement éliminés par le procédé, et il est également nécessaire d’empêcher la concentration des flux de plutonium pur, sous peine de graves conséquences.
REDUCE améliore PUREX grâce à l’utilisation de centrifugeuses PaCER (Packed Centrifugal Equipment for Radiochemical Separation) pour accélérer la séparation. Au lieu de s’appuyer sur la gravité, les centrifugeuses PaCER soumettent la solution à une force de plus de 1 000 g.
Il en résulte une quantité de fluide considérablement réduite et un processus de séparation beaucoup plus rapide, qui s’effectue en quelques secondes au lieu de plusieurs heures. Cela permet également de réduire la taille de l’installation et de récupérer des éléments précieux à courte période radioactive, tout en évitant les concentrations indésirables de plutonium.
L’objectif final est non seulement de récupérer le combustible nucléaire et les isotopes, mais aussi de réduire rapidement les déchets nucléaires américains en quelques décennies plutôt qu’en des éons. Selon l’équipe, cette réduction serait drastique car les éléments non recyclables pourraient être bombardés de neutrons par de futurs réacteurs à fission ou des réacteurs spécialement conçus à cet effet, afin de les convertir en éléments à courte durée de vie qui se consumeraient en quelques décennies, années, voire minutes.
« Le combustible nucléaire usé est une ressource précieuse, riche en matériaux valorisables au lieu d’être stockés, voire pire, éliminés », a déclaré Ross Radel, directeur technique de SHINE. « Nous séparons déjà les matières radioactives pour produire des isotopes médicaux et nous mettons cette expertise à profit pour que PaCERS devienne une application concrète. C’est un volet supplémentaire de nos efforts pour faire de l’énergie nucléaire une énergie véritablement renouvelable. »
