Rapport Technique titre

5.7Les RNR et la nécessité d’un retraitement avancé : la voie de la pyrochimie

réf (216, 217)

Nous avons vu que dans le cas des réacteurs à neutrons rapides, la séparation individuelle de chaque actinide n’est pas nécessaire d’un point de vue neutronique. Or le procédé Purex est avant tout un procédé séparatif* (voir encart en italique) qui a d’ailleurs fait ses preuves industrielles, mais qui présente deux inconvénients majeurs : il est très volumineux et ne supporte pas les puissances spécifiques élevées rencontrées dans le combustible rapide. Purex impose donc des temps d’attente très importants qui ont deux conséquences allant à l’encontre des performances recherchées.

• 
  Allongement du cycle et augmentation considérable de la masse immobilisée.
  
• 
  Apparition incontrôlée par décroissance radioactive de produits indésirables.
  

*NB : Le Procédé Purex

Situation actuelle

Le Procédé Purex est un procédé hydrométallurgique basé sur l’emploi d’un solvant phosphoré, celui-ci possède les propriétés d’extraire les cations aux degrés d’oxydation pairs (IV Pu et VI Uranium) à partir d’un milieu acide.

L’Uranium et le Plutonium dont les degrés d’oxydations (pairs) sont stables en milieu nitrique sont donc coextraits.

Par contre, les actinides (de valence impaire, Np valence V, Am valence III, Cm valence III) restent en phase aqueuse et suivent actuellement le même chemin que les produits de fission et sont donc placés dans les verres.

Cette voie (actinides dans les verres) qui tourne le dos au recyclage des actinides mineurs doit être abandonnée.

On peut, au prix d’un certain nombre d’aménagements du procédé arriver à séparer Neptunium, Technétium et l’Iode avec des performances adéquates.

Par contre, Américium, Curium, Césium (et certains produits de fission) ne sont pas séparables.

Les diverses voies de séparations complémentaires

Sans entrer dans les détails on peut souligner que la recherche d’extractants simples pour la séparation des éléments trivalents conduit à coextraire actinides et lanthanides.

Tous les procédés utilisés présentent l’inconvénient majeur de nécessiter une neutralisation plus ou moins partielle de la solution aqueuse avant extraction et de provoquer la précipitation d’un grand nombre de produits de fission.

D’autres procédés ont été développés à l’aide d’extractants bidentales (présentant deux sites de coordination) : (Procédé TRUEX développé aux U.S.A. et Procédé DIAMEX étudié au CEA).

La nécessité de séparer actinides et lanthanides de valence III demeure.

Or, les lanthanides sont plus nombreux que les actinides. La séparation des lanthanides requiert donc toutes choses égales par ailleurs (pour un même taux de séparation des actinides) un taux de séparation plus élevé.

Malgré tous ces efforts, si on cherche à séparer Américium/Curium, il faut procéder à une nouvelle étape.

Tout ceci montre bien le caractère séparatif du procédé Purex et sa complexité inévitable. On peut certes envisager un procédé moins séparatif et par conséquent plus simple. Il n’en demeure pas moins que la coextraction lanthanides-actinides est pratiquement inévitable et crée un problème très difficile à résoudre.

La voie de la Pyrochimie

Par opposition à l’hydrométallurgie (voie aqueuse) qui caractérise le procédé Purex, le vocable « pyrochimie » désigne l’ensemble des opérations qui effectuent à haute température et en l’absence d’eau l’élaboration et l’affinage des matériaux.

Nous ne considérons ici que les procédés basés sur l’électrolyse des sels fondus.

Sans entrer dans le détail des technologies soulignons les avantages et les inconvénients qui ont d’ailleurs été bien identifiés.

L’avantage majeur de ces techniques pyrochimiques est d’offrir la possibilité de traiter une grande variété de combustibles très actifs donc peu de temps après leur sortie du réacteur, dans des appareillages compacts générant plutôt des déchets solides.

L’inconvénient des procédés pyrochimiques considéré comme majeur jusqu’ici est leur faible pouvoir séparateur.

Cet inconvénient disparaît dans le cas des Réacteurs à Neutrons Rapides qui supportent parfaitement d’un point de vue neutronique la non séparation des actinides entre eux.*.

*NB : Aspects matériaux et non séparation des actinides

Cette question est extrêmement complexe et bien entendu la seule considération de la neutronique est insuffisante. Nous n’aborderons pas ici dans le détail cette question. Il nous paraît cependant important de souligner quelques points.

Du point de vue de la pyrochimie les combustibles métalliques présentent des avantages sur les combustibles oxydes sous forme de poudres dès lors que l’on cherche à obtenir un combustible où les actinides ne sont pas séparés.

En outre, le combustible métallique se prête beaucoup mieux à une automatisation de la fabrication automatisation qui serait impérative si on recourt à des chaînes blindées.

Tous les autres aspects en particulier le comportement en fonctionnement normal et incidentel ont fait l’objet d’études approfondies en France aux Etats Unis et en Allemagne. D’autre part, un certain nombre d’études communes de comportement accidentel [218, 219] ont été réalisées.

Il faut cependant souligner que les études menées au RIAR (Russie) semblent indiquer que l’électroraffinage des combustibles oxydes en milieu chlorures fondus est également possible. Mais dans l’état actuel du développement les actinides mineurs restent dans les déchets avec les PFVL.

D’autres inconvénients ont été identifiés :

• 
  forte agressivité des milieux fondus,
  
• 
  utilisation de technologies sophistiquées du fait des très hautes températures.
  

Il faut souligner que cette voie a été étudiée partiellement à Argonne avec le concept IFR. Les premières recherches menées par Argonne portaient sur le retraitement du combustible métallique (voir encart Aspects matériaux et non séparation des actinides).

Au milieu des années 1980 ANL a exploré l’électroraffinage portant en milieu sels fondus avec dépôts sélectifs des actinides sur les cathodes et maintien des produits de fission dans le bain. En outre, en jouant sur la nature de la cathode (solide ou liquide) il semble qu’il se soit avéré possible d’obtenir un flux d’uranium métallique pur ou un flux d’uranium et d’actinides mineurs mélangés.

Aujourd’hui le CEA a ouvert un certain nombre d’actions sur la pyrochimie incluant la collaboration internationale.

Ces activités doivent être poursuivies et amplifiées.