Le cycle de vie du combustible nucléaire, ou chaîne du combustible nucléaire, comprend toutes les étapes depuis l’extraction du minerai à son recyclage ou entreposage de longue durée en passant par son irradiation dans un réacteur nucléaire. Les limites scientifiques, techniques, économiques et sociales rencontrées tout au long du cycle de vie du combustible sont de vraies contraintes au développement de la filière nucléaire et sont souvent pointées du doigt pour dénoncer la technologie nucléaire.
Comment cette industrie cherche à optimiser le cycle de vie de l’uranium à chaque étape ?
L’uranium, sans être une ressource rare, reste difficilement exploitable et la rentabilité économique d’un gisement n’est pas évidente.
C’est d’ailleurs pour ces motifs de rentabilité économiques que l’uranium français n’est plus exploité depuis 2001. La France est donc dépendante de pays tels que le Canada ou l’Australie, les deux premiers producteurs mondiaux d’uranium, ou encore du Kazakhstan, du Niger et de l’Afrique du Sud pour assurer le fonctionnement de ses centrales nucléaires.
Même si les deux principaux pays exportateurs sont stables politiquement et économiquement, on peut légitimement se poser la question des risques liés à une énergie dont on ne maîtrise pas le circuit d’approvisionnement et qui crée donc une dépendance forte vis-à-vis de puissances étrangères.
Les réserves mondiales identifiées par l’Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) et l’Agence de L’OCDE pour l’Energie Nucléaire (AEN) en 2008 s’élèvent à 5,5 millions de tonnes. Ces ressources auxquelles on peut rajouter 32,5 millions de tonnes d’uranium d’origine non conventionnelle telle que l’extraction à partir de minerai de phosphate, amènent le CEA à conclure que dès 2050, les réacteurs utiliseraient des réserves d’uranium fortement spéculatives. L’AEN et l’AIEA évaluent les réserves mondiales à une centaine d’années, nécessitant toutefois de faire appel à des techniques complexes d’extraction et à des gisements à faible concentration en uranium.
Considérant cela, il est certain que l’approvisionnement en matière première sera un enjeu majeur des prochaines décennies pour la filière nucléaire. Une meilleure utilisation de la matière fissile est indispensable pour réduire notre consommation et donc, augmenter la durée des réserves.
Les principaux enjeux concernant le combustible nucléaire résident dans l’optimisation de la quantité d’uranium nécessaire comme matière première et dans le besoin de maîtriser la filière de recyclage du combustible.
Plusieurs stratégies sont mises en œuvre dans le monde et dépendent non seulement du type de réacteur utilisé – à l’uranium enrichi ou naturel –, mais aussi de la politique du pays en matière de gestion des déchets. Dans ce dernier domaine, deux stratégies sont considérées : le stockage ou enfouissement des produits issus de la combustion nucléaire et le recyclage.
La technologie du réacteur influe à la fois sur la quantité totale de déchets et sur la quantité de déchets radioactifs de haute activité et vie longue (HAVL). Les Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) fonctionnent avec de l’uranium enrichi. Cette technologie est beaucoup moins consommatrice d’uranium que des réacteurs utilisant de l’uranium naturel (comme le CANDU, CANada Deuderium Uranium). Toutefois, les rejets qui en résultent contiennent beaucoup plus de déchets HAVL. Cet effet s’accentue lorsque le REP utilise du MOX (Mixed Oxydes – combustible fabriqué à partir de plutonium et d’uranium appauvris issus du retraitement du combustible usé).
La France est pionnière dans le domaine de la revalorisation du combustible usé. EDF exploite 20 réacteurs utilisant du MOX, contribuant ainsi à réduire la quantité totale de déchets mais à augmenter la part de déchets HAVL.
Au-delà de l’aspect économique ou politique, le recyclage de combustible demande une expertise qui s’acquiert sur le long terme et qui requiert de lourds investissements. Cette activité n’était pas rentable à ses débuts dans les années 1980, mais représente potentiellement l’avenir. La combustion optimale du MOX, à savoir celle dont le rendement est le plus élevé tout en réduisant le volume et la radiotoxicité à long terme des déchets ultimes, sera l’un des enjeux des réacteurs de quatrième génération.
Le CEA considère d’ailleurs que le combustible usagé issu des réacteurs de génération III (tel que l’EPR à Flamanville) servira de combustible principal pour les réacteurs de générations IV dont le déploiement industriel est prévu pour 2040.
Les enjeux autour de la gestion des déchets sont multiples. Parmi ceux-ci, on peut citer la diminution de l’inventaire des déchets, la poursuite des activités de R&D sur les modes de gestion des déchets à moyenne-haute radioactivité et à vie longue (M-HAVL) sur le long terme et enfin la diminution de la radiotoxicité des déchets.
La France se démarque des autres exploitants dans le domaine du retraitement du combustible usé, mais aussi par son expertise dans la gestion des déchets nucléaires non valorisables.
En effet, à l’heure actuelle seuls les pays comme la France, la Grande-Bretagne, la Russie et le Japon ont fait le choix de retraiter eux-mêmes leurs combustibles et leurs déchets. L’Allemagne, la Suisse et la Belgique externalisent le retraitement. D’autres pays comme la Suède ou les États-Unis ont fait le choix de stocker les produits issus de la combustion nucléaire comme des déchets même si ces derniers sont valorisables.
On observe donc qu’il existe des disparités considérables dans les politiques de revalorisation des « sous-produits » nucléaires.
À l’heure actuelle, il existe en France des solutions industrielles pour le stockage de 90 % des déchets à faible ou très faible radioactivité (centres de la Manche et de l’Aube gérés par l’ANDRA). En revanche, les déchets M-HAVL sont industriellement entreposés en surface à La Hague, Marcoule ou encore Cadarache, en attendant de trouver une solution de stockage définitive, le stockage géologique profond via le projet CIGEO validé le 11 juillet 2016 par l’Assemblée nationale. Il est prévu que ce site accueille le premier colis de déchets en 2025.
La France est ainsi l’un des rare pays à disposer du savoir-faire technologique (usine de fabrication de combustible MOX) et des infrastructures de retraitement ou stockage des déchets nucléaires (usine de retraitement comme celle de La Hague). La généralisation de l’énergie nucléaire se heurte entre autres à la capacité des pays à d’une part investir dans ces technologies et d’autres part à rentabiliser ces investissements. Le problème se pose en particulier pour les pays nouvellement nucléarisés intéressés par le nucléaire civil. En effet, quelques réacteurs de 3ème génération suffiraient pour des pays de petite dimension tels que certains pays du Golfe persique. Or, la question de la rentabilité d’une usine de retraitement des déchets pour un petit volume de réacteurs est inévitable.
A cela s’ajoutent les dangers (accident, prolifération) et les contraintes (légales, opinion publique) que représente le transport de déchets radioactifs vers les pays où ils peuvent être traités, ce qui en fait un autre frein majeur pour des investisseurs potentiels.
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Jean Raphael Barreau, Consultant