Les petits réacteurs modulaires produisent des niveaux élevés de déchets nucléaires

Les réacteurs nucléaires génèrent un approvisionnement fiable en électricité avec des émissions de gaz à effet de serre limitées. Mais une centrale nucléaire qui génère 1 000 mégawatts d’électricité produit également des déchets radioactifs qui doivent être isolés de l’environnement pendant des centaines de milliers d’années. De plus, le coût de construction d’une grande centrale nucléaire peut atteindre des dizaines de milliards de dollars.

Des techniciens chargent une expérience dans le réacteur de test avancé sur le site du Laboratoire national de l’Idaho. (Crédit d’image : avec l’aimable autorisation du Laboratoire national de l’Idaho)

Pour relever ces défis, l’industrie nucléaire développe de petits réacteurs modulaires qui génèrent moins de 300 mégawatts de puissance électrique et peuvent être assemblés en usine. Les analystes de l’industrie affirment que ces conceptions modulaires avancées seront moins chères et produiront moins de sous-produits radioactifs que les réacteurs conventionnels à grande échelle.

Mais une étude à paraître la semaine du 30 mai dans Actes de l’Académie nationale des sciences est arrivé à la conclusion opposée.

“Nos résultats montrent que la plupart des conceptions de petits réacteurs modulaires augmenteront en fait le volume de déchets nucléaires qui doivent être gérés et éliminés, par des facteurs de 2 à 30 pour les réacteurs de notre étude de cas”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Lindsay Krall, ancien membre de MacArthur. Chercheur postdoctoral au Centre pour la sécurité et la coopération internationales (CISAC) de l’Université de Stanford. “Ces résultats contrastent fortement avec les avantages que les défenseurs de la réduction des coûts et des déchets ont revendiqués pour les technologies nucléaires avancées.”

puissance nucléaire mondiale

Quelque 440 réacteurs nucléaires fonctionnent dans le monde et fournissent environ 10 % de l’électricité mondiale. Aux États-Unis, 93 réacteurs nucléaires génèrent près d’un cinquième de l’approvisionnement en électricité du pays.

Contrairement aux centrales électriques qui fonctionnent au charbon ou au gaz naturel, les centrales nucléaires émettent peu de dioxyde de carbone, l’une des principales causes du réchauffement climatique. Les défenseurs affirment qu’à mesure que la demande mondiale d’énergie propre augmente, davantage d’énergie nucléaire sera nécessaire pour minimiser les effets du changement climatique.

Mais l’énergie nucléaire n’est pas sans risques. Aux États-Unis seulement, les centrales nucléaires commerciales ont produit plus de 88 000 tonnes métriques de combustible nucléaire usé, ainsi que des volumes substantiels de déchets radioactifs de faible et moyenne activité. La plupart des déchets radioactifs, principalement du combustible usé, devront être isolés dans des dépôts géologiques en profondeur pendant des centaines de milliers d’années. Les États-Unis n’ont actuellement aucun programme pour développer un dépôt géologique, après avoir dépensé des décennies et des milliards de dollars sur le site de Yucca Mountain au Nevada. En conséquence, le combustible nucléaire usé est actuellement stocké dans des piscines ou des coffres secs sur les sites des réacteurs, s’accumulant à un rythme d’environ 2 000 tonnes métriques par an.

mesures simples

Certains analystes soutiennent que les petits réacteurs modulaires réduiront considérablement la masse de combustible nucléaire usé généré par rapport aux réacteurs nucléaires conventionnels beaucoup plus grands. Mais cette conclusion est trop optimiste, selon Krall et ses collègues.

“Des mesures simples, telles que des estimations de la masse de combustible usé, offrent peu d’informations sur les ressources qui seront nécessaires pour stocker, emballer et éliminer le combustible usé et d’autres déchets radioactifs”, a déclaré Krall, qui est maintenant scientifique au Swedish Société de Gestion des Déchets et Combustible Nucléaire. “En fait, très peu d’études ont porté sur la gestion et l’élimination des flux de déchets nucléaires provenant de petits réacteurs modulaires.”

Des dizaines de conceptions de petits réacteurs modulaires ont été proposées. Pour cette étude, Krall a analysé les flux de déchets nucléaires de trois types de petits réacteurs modulaires développés par Toshiba, NuScale et Terrestrial Energy. Chaque entreprise utilise un design différent. Les résultats des études de cas ont été corroborés par des calculs théoriques et un plan d’enquête plus large. Cette approche à trois volets a permis aux auteurs de tirer des conclusions puissantes.

“L’analyse a été difficile car aucun de ces réacteurs n’est encore opérationnel”, a déclaré le co-auteur de l’étude, Rodney Ewing, professeur Frank Stanton de sécurité nucléaire à Stanford et co-directeur de la CISAC. “De plus, les conceptions de certains des réacteurs sont propriétaires, ce qui ajoute des obstacles supplémentaires à la recherche.”

fuite de neutrons

L’énergie est produite dans un réacteur nucléaire lorsqu’un neutron divise un atome d’uranium dans le cœur du réacteur, générant des neutrons supplémentaires qui divisent ensuite d’autres atomes d’uranium, créant une réaction en chaîne. Mais certains neutrons s’échappent du noyau, un problème appelé fuite de neutrons, et frappent les matériaux de structure environnants tels que l’acier et le béton. Ces matériaux deviennent radioactifs lorsqu’ils sont “activés” par la perte de neutrons du noyau.

La nouvelle étude a révélé qu’en raison de leur taille plus petite, les petits réacteurs modulaires connaîtront plus de fuites de neutrons que les réacteurs conventionnels. Cette augmentation des fuites affecte la quantité et la composition de vos flux de déchets.

“Plus il y a de fuites de neutrons, plus la quantité de radioactivité créée par le processus d’activation des neutrons est grande”, a déclaré Ewing. « Nous avons constaté que les petits réacteurs modulaires produiront au moins neuf fois plus d’acier activé par des neutrons que les centrales électriques conventionnelles. Ces matières radioactives doivent être soigneusement gérées avant d’être éliminées, ce qui sera coûteux.

L’étude a également révélé que le combustible nucléaire usé des petits réacteurs modulaires sera déchargé en volumes plus élevés par unité d’énergie extraite et peut être beaucoup plus complexe que le combustible usé déchargé des centrales électriques existantes.

“Certaines conceptions de petits réacteurs modulaires nécessitent des combustibles et des réfrigérants chimiquement exotiques qui peuvent produire des déchets ingérables à éliminer”, a déclaré la co-auteure Allison Macfarlane, professeure et directrice de la School of Public Policy and Global Affairs de l’Université de la Colombie-Britannique. Colombie. “Ces carburants et liquides de refroidissement exotiques peuvent nécessiter un traitement chimique coûteux avant leur élimination.”

“Le message à l’industrie et aux investisseurs est que l’aval du cycle du combustible peut inclure des coûts cachés qui doivent être pris en compte”, a déclaré Macfarlane. “Il est dans l’intérêt du concepteur du réacteur et de l’organisme de réglementation de comprendre les implications des déchets de ces réacteurs.”

radiotoxicité

L’étude conclut que les petites conceptions modulaires sont généralement inférieures aux réacteurs conventionnels en ce qui concerne la production de déchets radioactifs, les exigences de gestion et les options d’élimination.

Un problème est le rayonnement à long terme du combustible nucléaire usé. L’équipe de recherche a estimé qu’après 10 000 ans, la radiotoxicité du plutonium dans le combustible usé rejeté par les trois modules d’étude serait supérieure d’au moins 50 % à celle du plutonium dans le combustible usé conventionnel par unité d’énergie extraite.

En raison de ce niveau élevé de radiotoxicité, les dépôts géologiques pour les déchets des petits réacteurs modulaires doivent être choisis avec soin grâce à un processus de localisation approfondi, ont déclaré les auteurs.

“Nous ne devrions pas être ceux qui font ce genre d’étude”, a déclaré Ewing. “Les fournisseurs, ceux qui proposent et reçoivent un soutien fédéral pour développer des réacteurs avancés, devraient se préoccuper des déchets et faire des recherches qui peuvent être examinées dans la littérature ouverte.”

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