L'une des principales lacunes de l'énergie nucléaire réside dans les déchets radioactifs. Il reste dangereux pendant des centaines de milliers d'années. Un procédé permettrait de réduire fortement la durée de vie de ces déchets. Les scientifiques nucléaires belges veulent démontrer ce processus dans la pratique avec un réacteur de recherche à Mol.
Dans la mythologie grecque, Myrrha est la mère d'Adonis, la personnification de la beauté masculine. Quiconque connaît bien la technologie nucléaire découvrira certainement la beauté scientifique du projet d'énergie nucléaire du même nom à Mol. Le réacteur de recherche Myrrha vise à formuler une solution élégante à un problème séculaire.
Les grandes puissances nucléaires ont expérimenté pendant des années des réacteurs comme Myrrha, sans succès
Myrrha signifie Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications. Ce sera un réacteur de recherche multifonctionnel avec un large éventail d'applications. Le projet est actuellement encore en construction. Le financement de la première phase de construction est déjà en place - la majeure partie de l'argent provient du gouvernement fédéral.
Cela signifie que les scientifiques du Centre belge d'Etude de l'Energie Nucléaire (SCK) à Mol peuvent enfin commencer à réaliser leurs projets. L'un d'eux étudie la transmutation. Il s'agit d'un processus physique dans lequel les isotopes contenant des neutrons rapides à haute énergie sont divisés en noyaux plus légers. Les isotopes sont plus lourds que l'uranium et contiennent des substances telles que le plutonium, l'américium, le neptunium et le curium.
Les isotopes lourds dégagent beaucoup de rayonnement et de chaleur. De plus, leur durée de vie est extrêmement longue. Cela les rend dangereux dans les déchets. En les « transmutant » en isotopes plus légers, ils ne deviennent pas soudainement inoffensifs. Cependant, leur demi-vie - le temps après lequel il reste exactement la moitié des isotopes - est considérablement réduite.
Aujourd'hui, les déchets à vie longue des centrales nucléaires et d'autres activités nucléaires doivent être séparés des personnes et de l'environnement pour plusieurs centaines de milliers d'années. Avec le processus de transmutation sur Myrrha, cela ne prendrait "que" quelques centaines d'années.
Les réacteurs nucléaires actuels ne sont pas encore équipés de neutrons rapides. Les réacteurs sont refroidis à l'eau, ce qui a un fort effet ralentisseur sur les neutrons. Bien qu'il existe d'autres liquides de refroidissement pour l'eau, tels que le sel liquide et le métal liquide. Ces réfrigérants n'entravent pas les neutrons ni le processus de transmutation.
Les grandes puissances nucléaires expérimentent depuis des années de tels réacteurs "rapides". Sans succès :le gros problème est que ces réacteurs produisent beaucoup de plutonium et entretiennent aussi leur propre réaction en chaîne. Cela peut devenir incontrôlable.
Le réacteur Myrrha repose sur une approche complètement différente. Il ne produira pas lui-même ses neutrons rapides, car il les recevra via un accélérateur de particules couplé. Le grand avantage de cette disposition est que le cœur du réacteur reste en permanence « sous-critique » :si la source de neutrons externe est désactivée, la réaction en chaîne s'arrête automatiquement et le réacteur s'arrête immédiatement.
L'accélérateur de particules s'intègre également parfaitement dans le caractère multifonctionnel de Myrrha. Il peut servir à produire des radio-isotopes, que les médecins peuvent utiliser pour diagnostiquer et traiter des maladies telles que le cancer. Ces isotopes sont actuellement encore largement produits dans les réacteurs nucléaires classiques, comme l'ancien réacteur BR2 du SCK. Alors que ce réacteur vieux de plus de cinquante ans sera bientôt mis hors service, Myrrha doit contribuer à ce que la production d'isotopes médicaux ne s'arrête pas.
La construction de l'accélérateur constitue également la première phase du développement du projet réel Myrrha. Alors que le réacteur n'existe actuellement que sur le papier, l'accélérateur fonctionne déjà à l'échelle pilote dans un mini réacteur. La première phase se déroulera jusqu'en 2026. L'avantage de cette planification est que l'accélérateur de particules pourra bientôt être utilisé pour la production d'isotopes.
La deuxième phase - la construction du réacteur - n'a pas encore commencé à ce stade. Selon les plans actuels, le réacteur sera refroidi avec un mélange liquide de plomb et de bismuth. Dans la troisième et dernière phase, l'accélérateur et le réacteur sont connectés. Tout doit être prêt d'ici 2037 au plus tard.
Myrrha sera le tout premier prototype à l'échelle d'un système piloté par accélérateur (ADS). Un accélérateur produit des neutrons, qui entraînent un réacteur nucléaire. Comme de nombreux concepts de la technologie nucléaire, l'ADS existe depuis des décennies. L'idée originale remonte aux années 1940.
A cette époque, le physicien américain Ernest Lawrence, dans le cadre du projet Manhattan, utilisait un accélérateur cyclotron pour fabriquer du plutonium à partir d'uranium. Mais parce que l'accélérateur a mal fonctionné, cette approche a rapidement été détournée. Ce n'est qu'au début des années 1990 qu'il revient sur la table. Puis un lien a été fait avec la transmutation d'une part et le pilotage d'un réacteur sous-critique d'autre part. Ce dernier était une idée du physicien italien Carlo Rubbia.
La construction de l'accélérateur est donc déjà un défi majeur, l'histoire le montre. « La fiabilité doit être extrêmement élevée », déclare Hamid Aït Abderrahim, directeur de Myrrha. « Les accélérateurs actuels, y compris ceux du laboratoire de particules du CERN à Genève, fonctionnent avec des impulsions dites discontinues. Mais si le faisceau de protons que nous propulsons dans notre accélérateur montre des discontinuités, le réacteur s'arrêtera."
Le réacteur est extrêmement sensible aux neutrons de haute énergie générés par l'accélérateur. Les protons frappent une cible constituée de métaux lourds. « Cette sensibilité extrême nous présente un défi. En même temps, cela rend notre réacteur très sûr», déclare Abderrahim. « En cas de problème, nous coupons l'accélérateur et l'installation s'arrête immédiatement. Mais pour cela, nous avons besoin d'un accélérateur extrêmement fiable."
Les déchets à vie longue et donc les plus problématiques sont les déchets dits C. Si les chercheurs de Myrrha peuvent démontrer qu'il est techniquement possible d'en transmuter de grandes quantités, ils pourraient ouvrir la voie à un cycle du combustible nucléaire radicalement nouveau. Et pour une énergie nucléaire durable.
Dans cette méthode durable, entre autres, le plutonium est extrait du combustible nucléaire usé des centrales nucléaires à l'aide de techniques de séparation avancées. Il est ensuite converti en isotopes à demi-vie plus courte dans d'autres réacteurs. En conséquence, ils n'ont plus besoin d'être émaillés. C'est le post-traitement que reçoivent actuellement les déchets à vie longue.
Selon Abderrahim, la transmutation peut ainsi réduire d'un facteur 100 le volume des déchets radioactifs. Quoique dans le scénario du retraitement complet, dans lequel autant de combustible réutilisable que possible est récupéré à partir du combustible nucléaire usé.
"Comme mentionné, le temps pendant lequel vous devez isoler les déchets se raccourcit également", explique Abderrahim. « Cela va de plusieurs centaines de milliers d'années à plusieurs centaines d'années. Cela correspond à un déplacement des déchets de la catégorie C vers la catégorie B, voire A."
Pour le stockage des déchets A, la Belgique a déjà une solution toute prête, à savoir celle du stockage en surface. Les tonneaux sont enfermés dans du béton puis logés dans une « chambre funéraire » hors sol à Dessel. Des déchets temporaires y sont déjà stockés. La tombe restera sous surveillance passive pendant trois cents ans, après quoi elle sera intégrée au paysage campinois.
Pour les déchets B et C, cette solution est encore loin. Pour l'instant, la meilleure solution semble être le stockage géologique, c'est-à-dire le stockage en profondeur. L'histoire de Myrrha aidera à déterminer si cette option est nécessaire et quelle devrait être la taille de la chambre funéraire souterraine.
