Livre blanc du Tritium

42 Sources de production et gestion du tritium produit par les installations nucléaires hydrophobes. Les polymères couramment étudiés, àbased’acétylène, sont les polyacétylènes, les bakélites, les polyacrylonitriles et les polyacrylates. Les polystyrènes sont également cités. Les tests de lixiviation réalisés sur la plupart de ces polymères au contact de l’eau montrent que les taux de relâchement en tritium peuvent s’avérer importants (jusqu’à 5 % de l’inventaire initial relâché en quelques jours). De plus, la complexité et les risques associés à ce type de procédé ne semblent pas adaptés au conditionnement de flux importants d’effluents tritiés concentrés. 5 2 4 Les hydrures métalliques Le tritium gaz peut former des hydrures métalliques avec de nombreux métaux, mais seul un certain nombre d’entre eux sont suffisamment stables, en particulier lorsqu’ils sont mis en contact avec l’air ambiant ou avec l’eau, et possèdent une pression de dissociation suffisamment faible pour garantir l’immobilisation du tritium et son absence de relâchement durant toute la durée de l’entreposage. Les hydrures de zirconium et de titane sont, dans ce contexte, particulièrement étudiés, le choix du type de métal étant fonction des conditions d’entreposage ou de stockage. A titre d’exemple, les taux de relâchement des hydrures de zirconium et de titane au contact de l’eau sont très faibles, de l’ordre de 10-6 à 10-9 j-1, la fraction de tritium relâchée au bout de 600 jours étant inférieur à 0,05 % de l’inventaire initial. Les hydrures peuvent être obtenus par chargement du métal par voie gazeuse (mélange argon-hydrogène sous pression) à des températures de l’ordre de 400 °C (des techniques par chargement électrolytique ont été également développées). La technique de chargement par voie gazeuse nécessite toutefois l’emploi de réactifs purs, la présence d’hélium ou d’oxygène pouvant en particulier ralentir, voire inhiber, la réaction de formation de l’hydrure. A l’inverse, le tritium peut être récupéré par chauffage du métal hydruré sous vide (à plus de 800°C pour le zirconium). Par ailleurs, la capacité de piégeage du tritium par ces métaux peut être relativement importante. A titre d’exemple, les hydrures de zirconium purs correspondent à 18 g d’atomes d’hydrogène ou 50 g d’atomes de tritium par kg de zirconium. Dans des conditions de chargement « normales », des teneurs de l’ordre de 1000 ppm d’atomes d’hydrogène (soit 3000 ppm d’atomes de tritium) sont couramment atteintes. Ainsi, sur un plan théorique, quelques dizaines de kg de zirconium suffiraient pour piéger la totalité du tritium rejeté annuellement par les usines de La Hague (soit au maximum50 g par an). Toutefois, la mise enœuvre de ces techniques reste complexe (hautes températures), le taux et le temps de chargement dépendant principalement de la surface d’échange et de l’état de surface du métal. L’entreposage sur des durées de l’ordre d’une centaine d’années (ou le stockage direct) de ces hydrures nécessiterait, en tout état de cause, de les conditionner dans des conteneurs en acier de haute intégrité, notamment pour éviter tout contact avec l’eau et pour tenir compte de l’effet éventuel du vieillissement sur les propriétés de ces composés, de la même manière que pour les adsorbants solides. Enfin, il faut rappeler que le piégeage du tritium, sous forme d’hydrures métalliques, nécessiterait au préalable d’électrolyser l’intégralité des effluents tritiés produits par les réacteurs et les usines de traitement, pour récupérer ce radionucléide sous forme de gaz (HT ou T2), cette opération conduisant à une forte consommation d’énergie et induisant notamment des risques d’explosion. De plus, les risques liés au caractère pyrophorique des hydrures devraient également être évalués avec soin. De fait, les hydrures métalliques semblent pour l’instant, comme pour les adsorbants solides, davantage adaptés à l’immobilisation et au transport de petites quantités de tritium, destinées à être recyclées. 5 2 5 Conclusion sur les procédés d’immobilisation En conclusion, parmi les différents modes possibles de conditionnement du tritium, les adsorbants solides (tamis moléculaire, zéolithes…) et les hydrures métalliques (zirconium, titane…) semblent les plus prometteurs compte tenu de leur stabilité (maintien des performances) à court et moyen terme, de leurs capacités de rétention et de leurs taux de relâchement relativement faibles lorsqu’ils sont mis en contact avec l’air ou l’eau, mais également de la possibilité de régénérer ces supports solides en récupérant (et valorisant) le tritium piégé. Un conditionnement de ces matériaux (et le cas échéant des déchets secondaires produits) en conteneurs étanches serait toutefois nécessaire pour résister aux différents types d’agressions envisageables en situation d’entreposage (voire de stockage) sur une durée de plus d’une centaine d’années, l’effet du vieillissement à long terme pouvant en particulier modifier le taux de dégazage de ces supports. En tout état de cause, ces techniques ne sont actuellement pas éprouvées pour l’immobilisation de quantités importantes de tritium sous forme d’eau tritiée concentrée ou de dihydrogène gazeux, des développements technologiques importants étant encore nécessaires. Par ailleurs, comme pour les unités de séparation et de concentration du tritium, il faudrait également tenir compte des risques d’augmentation des doses pour les travailleurs liées aux éventuels travaux de modification des installations existantes et à l’exploitation des nouvelles unités de conditionnement et d’entreposage des déchets tritiés produits. 6 Conclusion générale La question des rejets de tritium des installations nucléaires conduit à examiner la pertinence des modes de gestion des effluents et des déchets solides contenant du tritium et, corrélativement, l’intérêt et les moyens de réduire les rejets dans l’environnement de ce radionucléide. Cet examen nécessite de considérer trois éléments : la nature de l’effluent (liquide ou gazeux), les facteurs qui gouvernent l’impact environnemental de ces rejets et l’efficacité des moyens qui peuvent être mis en œuvre pour capturer et confiner le tritium. L’analyse globale de ces éléments conduit à distinguer la gestion des liquides peu concentrés, mais en très grands volumes, le traitement des effluents gazeux et l’entreposage et le stockage des déchets. - Les effluents liquides qui proviennent de l’exploitation des réacteurs nucléaires et du traitement de combustibles usés sont aujourd’hui la source la plus importante de rejet de tritium dans l’environnement. Leur faible concentration en tritium et leurs volumes très élevés (plusieurs dizaines de milliers de m3 par an et par installation) sont un obstacle à la mise en œuvre de procédés de récupération de ce radioélément, suffisamment efficaces, sûrs et viables économiquement. Il faut toutefois noter que l’environnement dans lequel les rejets sont effectués (mer, fleuves) permet une dilution supplémentaire extrêmement importante du tritium et une réduction consécutive de son impact à des niveaux extrêmement faibles, en général inférieurs au µSv par an. - Les effluents gazeux se prêtent mieux à un traitement avant rejet permettant la capture du tritium sous forme d’eau tritiée concentrée, comme les procédés mis enœuvre par le CEA ont pu le démontrer. Compte tenu du fait que l’environnement terrestre dans lequel s’effectuent les rejets gazeux ne possède pas la capacité de dilution de l’environnement marin, le recours à la détritiation de ces effluents peut être d’autant plus utile qu’outre la possibilité de valoriser le tritium récupéré, il permet une réduction significative de l’impact radiologique associé à ces rejets. La quantité produite d’effluents tritiés concentrés doit toutefois demeurer faible, du fait des difficultés posées par sa gestion sûre, et constitue sans doute un facteur limitant au déploiement de telles techniques. - Enfin, l’entreposage et le stockage de déchets tritiés solides, dont certains ont pu faire l’objet d’une détritiation préalable, apportent des solutions de confinement du tritium contenu, mais ce confinement n’est pas absolu. En effet, les entreposages induisent généralement des rejets de tritium dans l’atmosphère et des rejets diffus dans le sol ne peuvent pas totalement être évités dans le cas des stockages. Il ne peut donc pas être envisagé, aumoyen des techniques actuellement disponibles, de récupérer et de confiner totalement le tritium présent dans les effluents des installations existantes. Dès lors, les opérations

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