Livre blanc du Tritium

39 Sources de production et gestion du tritium produit par les installations nucléaires sous forme d’hydrogène, de deutérium et de tritium, pouvant être mis en contact accidentellement avec l’oxygène. A titre d’exemple, pour le RHF, la teneur en tritium du flux d’eau lourde à traiter était de l’ordre de 8.1010 Bq.L-1 pour un débit d’alimentation de 20 L.h-1, celle de l’eau lourde détritiée étant de l’ordre de 2.1010 Bq.L-1. Par ailleurs, la capacité de traitement de l’installation TRF de Darlington est de 2 500 m3.an-1 pour une activité en tritium récupérée de 7,4.1017 Bq.an-1 et reste encore très éloignée des capacités requises pour traiter les flux d’effluents liquides tritiés produits par les réacteurs REP et les usines de traitement de combustibles. Le développement de catalyseurs hydrophobes à base de platine par AECL, gardant leur efficacité en phase liquide, a permis de simplifier de façon importante ce type de procédé en réduisant considérablement la taille des installations. Ainsi, le mécanisme de détritiation du procédé LPCE s’appuie sur le même principe que celui du procédé VPCE, à ceci près que le transfert du tritium vers le deutérium gazeux peut s’effectuer directement à partir de la phase liquide. Les principaux avantages de ce procédé sont qu’il peut être mis en œuvre dans une simple colonne de lavage à garnissage hydrophile (pour faciliter l’échange de l’hydrogène entre la vapeur d’eau et l’eau liquide), dans des conditions proches des conditions normales (50 °C, pression atmosphérique), et qu’il permet d’obtenir des facteurs de séparation plus élevés que ceux obtenus avec le procédé VPCE [40]. D’autres pays (Inde, Corée, Russie, Etats-Unis…) ont, depuis, développé le même type de catalyseurs hydrophobes. Ce procédé a été notamment mis en œuvre dans l’unité de purification du fluide modérateur des réacteurs CANDU de la centrale deWolsong (Corée), où des facteurs d’épuration de l’ordre de 35 ont été atteints. Toutefois, la sensibilité du catalyseur aux impuretés organiques et inorganiques nécessite en général une décontamination préalable des effluents liquides tritiés à traiter. Une troisième option (procédé CECE) consiste à combiner l’électrolyse avec le procédé LPCE. Ce procédé, qui a été également développé par AECL, est considéré comme le plus efficace et constitue aujourd’hui la référence pour le traitement des effluents liquides tritiés de l’installation ITER. Il a également été mis en œuvre à l’échelle pilote, au Japon, sur le site du réacteur Fugen (capacité de traitement de 3,6 L.j-1, facteur de concentration de l’eau tritiée proche de 10 000), ainsi que dans l’installation pilote de production d’eau lourde CIRCE à Hamilton au Canada (capacité de traitement de 1,5 L.h-1, facteur de décontamination en tritium de l’ordre de 30 000). Plus récemment, des facteurs de séparation encore plus élevés, atteignant des valeurs de 50 000, ont été obtenus lors d’essais de décontamination d’eau lourde dans les laboratoires de Chalk River. Le flux d’eau lourde tritiée à traiter (D2O/DTO) est introduit à mi-hauteur de la colonne contenant le lit de catalyseur (platine hydrophobe) et est mis en contact avec le flux ascendant de dihydrogène gazeux (D2/DT) produit dans la cellule d’électrolyse. L’échange catalytique favorise l’enrichissement de l’effluent liquide en tritium et l’appauvrissement de la phase gazeuse en ce même radioisotope suivant la réaction équilibrée : DT + (D2O)liq → (DTO) liq + D2 Le flux liquide enrichi en tritium est collecté dans la cellule d’électrolyse, l’électrolyte s’enrichissant progressivement en tritium (D2O étant préférentiellement réduit à la cathode). Une fraction du mélange DT/D2 produit par électrolyse est dirigée vers la colonne de distillation cryogénique pour séparation du tritium, le deutérium appauvri en tritium récupéré étant recombiné avec l’oxygène généré dans la cellule d’électrolyse en eau lourde détritiée recyclée au niveau du réacteur. Une fraction de cette eau retourne également en tête de la colonne catalytique pour améliorer encore la décontamination en tritiumde la phase gazeuse ascendante, le deutérium en étant pratiquement exempt en sortie. LeprocédéCECEfait actuellement l’objetdenombreuxdéveloppements, enparticulierdans lecadredes recherches sur la fusion,maisceux-cin’ont pas encore atteint le stade industriel (études de nouveaux catalyseurs, conception de nouvelles cellules électrolytiques fonctionnant à hautes températures et permettant de réduire la consommation énergétique, optimisation d’autres équipements…). Les principaux inconvénients de ce procédé résident, comme pour les précédents, dans les coûts de fonctionnement liés principalement à la consommation énergétique (les facteurs de séparation élevés obtenus n’ayant pas d’impact sur cette consommation), les risques liés à la présence d’effluents fortement concentrés en tritium nécessitant de disposer de systèmes de confinement éprouvés ainsi que les risques d’explosion liés à la présence de dihydrogène gazeux. Par ailleurs, le procédé CECE mis en œuvre uniquement à l’échelle pilote, reste de fait encore difficilement applicable au traitement d’un flux d’effluents tritiés de plusieurs dizaines de milliers de m3.an-1. Schéma de principe du procédé VPCE appliqué au cas de la détritiation de l’eau lourde EVAP - évaporateur et surchauffeur, CAT – échangeur catalytique, CNDR - condenseur

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