La déconstruction des réacteurs nucléaires d’EDF

Les réacteurs arrêtés d’EDF

La vie d’une centrale nucléaire compte 3 phases : sa construction, son exploitation et sa déconstruction. Cette dernière étape est en cours pour 11 réacteurs EDF, 8 dits de première génération ou prototypes construits entre 1960 et 1975 : le Réacteur à Eau Lourde (REL) de Brennilis, le Réacteur à Eau Pressurisée (REP) de Chooz A, les 6 réacteurs Uranium Naturel Graphite Gaz (UNGG) de Chinon (A1, A2 et A3), Saint Laurent (A1 et A2) et Bugey 1. À ces 8 réacteurs viennent s’ajouter le Réacteur à Neutrons Rapides (RNR) de Creys-Malville (Superphénix) et les 2 REP de Fessenheim. En France, la responsabilité de la déconstruction des sites arrêtés a été confiée à l’exploitant[1], c’est donc EDF qui assure la maîtrise d’ouvrage des chantiers de déconstruction de ces 11 réacteurs issus de 4 technologies différentes.

[1] D’autres pays comme le Royaume Uni ou les Etats Unis n’ont pas fait ce choix : l’état attribue la licence de déconstruction après un appel d’offre à un acteur privé qui peut ne pas être l’exploitant de l’installation.

Les risques liés à la déconstruction

La première action menée sur un réacteur arrêté est le retrait puis l’évacuation de son combustible. Une fois le combustible évacué, on a alors retiré 99,9% de la radioactivité du site. La seconde action consiste à retirer les installations dites conventionnelles (qui ne présentent pas de radioactivité) avant de débuter les travaux de démantèlement dans la zone nucléaire.

Bien sûr le risque radiologique d’irradiation et surtout de contamination reste présent et préside bien souvent aux décisions que nous avons à prendre quant aux méthodes possibles d’opération, par exemple la télé-opération. Mais nous sommes également confrontés au risque amiante et au risque plomb, deux risques inhérents aux matériaux utilisés à la période de construction de ces installations. Parfois, ces trois risques se combinent sur un même chantier, rendant particulièrement ardue sa réalisation.

De plus, comme tout chantier de déconstruction, les risques liés aux levages, à la manutention, aux découpes sont omniprésents.

Enfin, la plupart des études de sûreté considèrent l’incendie comme risque prépondérant. De nombreuses parades sont donc mises en place pour le prévenir et, le cas échéant, le combattre.

La stratégie de démantèlement

Lorsque, dans les années 1980-90, les premiers réacteurs ont été arrêtés, la stratégie de déconstruction consistait à attendre la décroissance radiologique avant d’entreprendre le démantèlement des équipements présents en zone nucléaire. Mais, au début des années 2000, le retour d’expérience international a montré que les inconvénients de cette stratégie surpassaient ses avantages : d’une part, la perte de mémoire de l’historique des matériels et des circuits rendait difficile la réalisation des activités et les fonctions supports indispensables aux chantiers de déconstruction (moyens de levage, systèmes électriques, ventilations) devenaient rapidement soit obsolètes, soit inutilisables faute d’entretien. D’autre part, la diminution de la radioactivité de la plupart des équipements n’était pas compatible avec un délai raisonnable de déconstruction. Ainsi,

un consensus international, porté par la voix de l’AIEA (Association Internationale de l’Energie Atomique), et relayé par l’ASN (Autorité de Sûreté Nucléaire) française a prôné une déconstruction « dans des délais aussi courts que possible ». Ce principe a depuis été intégré dans la loi française (article L593-25 du code de l’environnement). En 2001, EDF a donc engagé une réorganisation pour se doter d’un centre d’expertise en matière de déconstruction. La DP2D (Direction des Projets de Déconstruction et Déchets) pilote les projets de déconstruction et de gestion de déchets. Elle prend également part au projet CIGEO (Centre d’enfouissement en couches géologiques profondes pour les déchets Moyenne et Haute activité vie longue) piloté par l’Andra (Agence nationale de gestion des déchets radioactifs). Cette direction d’EDF mène le projet de construction d’une piscine centralisée pour l’entreposage des éléments combustibles usés en attente de traitement par les usines d’ORANO à La Hague. La DP2D réunit plus de 500 personnes, ingénieurs d’études, pilotes de projets, appuis techniques et métiers tertiaires en support, et a son siège à Lyon. Elle est également présente sur chaque site en déconstruction, avec des équipes d’ingénieurs et de techniciens dotées d’effectifs variant, selon les sites, d’une quinzaine de personnes à une petite centaine.

Les déchets nucléaires

La production d’électricité à partir de la fission atomique entraine inévitablement la production de déchets radioactifs. Parmi ces déchets, 90% sont des déchets à vie courte, c’est-à-dire dont la période radioactive[1] n’excède pas 31 ans (période radioactive du ¹³⁷Cs). Les 10% restant sont des déchets à vie longue dont la période radioactive peut atteindre plusieurs milliers d’années (le ²³⁹Pu a une période de 24110 ans).

En France, c’est l’Andra qui est chargée de mettre en place les solutions de gestion des déchets nucléaires. Pour les déchets à vie courte, 2 sites de stockage existent :

– le CIRES (Centre Industriel de Regroupement d’Entreposage et de Stockage) situé à Morvilliers, dans l’Aube, accueille les déchets de Très Faible Activité (TFA[2]).

– le CSA (Centre de Stockage de l’Aube), situé à Soulaines, accueille les déchets Faible et Moyenne Activité (FMA ou FAMA)

Les déchets radioactifs qui sont stockés dans ces centres doivent respecter des critères de tri très stricts et sont conditionnés dans des emballages qualifiés et adaptés à leur condition et durée de stockage.

Pour les déchets Moyenne et Haute Activité à vie longue (déchets liés au traitement du combustible ou aux structures métalliques qui l’entourent) l’Andra construit actuellement l’installation CIGEO qui permettra de stocker dans des conditions sûres ces déchets, avec une possibilité de réversibilité pendant les 100 premières années de stockage.

Pour les déchets de faible activité à vie longue, les études technico-économiques sont encore en cours entre les exploitants et l’Andra pour définir la meilleure solution.

Pour compléter ces installations de stockage, EDF s’est doté de centres d’incinération et de fusion de métaux. Ces installations, exploitées par sa filiale Cyclife, sont situées en France, en Suède et au Royaume-Uni. De plus, dans l’attente de la mise en exploitation de CIGEO, un centre d’entreposage des déchets moyenne activité vie longue a été construit à côté du site de Bugey : ICEDA (Installation de Conditionnement et d’Entreposage des Déchets Activés). Enfin, un projet de Technocentre est à l’étude à proximité de Fessenheim, afin de traiter et valoriser les gros composants métalliques TFA issus de la déconstruction des REP lorsque la loi française le permettra (une directive européenne de 2013 le permet et a déjà été adoptée par la plupart des autres pays européens).

La déconstruction des réacteurs actuellement en exploitation

Les réacteurs qui approvisionnent aujourd’hui la France en électricité sont issus du rachat et de l’adaptation, dans les années 1970, de la licence américaine à eau pressurisée. Cette filière est basée sur l’utilisation de l’eau comme caloporteur et modérateur[1] et sur la séparation du circuit primaire et du circuit secondaire, le premier étant maintenu à l’état liquide malgré une température moyenne de son eau de 310°C, grâce à une pression de 155bars (d’où le nom « eau pressurisée »). Le premier réacteur de ce type à avoir été arrêté est celui de Chooz A, dans les Ardennes. Le décret d’autorisation de démantèlement complet a été obtenu en 2007 et, début 2021, la découpe des éléments présents dans la cuve a été achevée. La déconstruction se terminera en 2024, après la découpe de la cuve du réacteur. EDF démontre, avec Chooz A, qu’elle maîtrise l’ensemble des étapes de la déconstruction d’un réacteur à eau pressurisée (REP) et qu’elle est en mesure de conduire un tel projet en 15 ans environ. Sur ces réacteurs, l’ensemble des déchets radioactifs produits disposent d’une filière de stockage existante ou en construction, les procédés de découpe et de conditionnement sont maîtrisés et il n’y a pas de défis techniques majeurs. Fessenheim permettra de mettre en application ce savoir-faire et de l’industrialiser en vue des projets de déconstruction des prochains REP arrêtés.

Le cas particulier des réacteurs à neutrons rapides (RNR)

La spécificité des RNR, comme Superphénix, réside dans leur système de refroidissement au sodium, métal qui brûle dans l’air et explose au contact de l’eau. Les plus gros travaux à mener sur le réacteur ont donc visé à développer une solution d’inertage et de retrait du sodium radioactif. Cette solution, développée en partenariat avec AREVA (aujourd’hui ORANO) est illustrée par le schéma ci-dessous :

Une fois la plupart du sodium retiré, il a fallu développer des outils pour retirer les poches de sodium restant dans le circuit primaire. Des robots de découpe ont été développés pour atteindre et traiter ces résidus. La cuve a ensuite été carbonatée avant d’être mise en eau. Actuellement, le chantier de découpe des bouchons de la cuve est en cours ; il sera suivi prochainement de la découpe des éléments présents en partie basse de cette cuve qui est la plus grande cuve de réacteur nucléaire au monde.

Le cas particulier des réacteurs graphite

Une troisième filière de réacteurs est celle utilisant le graphite comme modérateur et le CO₂ comme caloporteur. Elle date, en France, des années 1960 où le pays ne disposait pas encore de moyens d’enrichissement de l’uranium. Le combustible utilisé était donc de l’uranium naturel. Ces réacteurs, produit des Trente Glorieuses, étaient les fleurons de l’industrie nucléaire civile mondiale et constituaient les premiers pas de la France dans la production d’électricité de masse. Complexes à déconstruire, ils représentent de nombreux défis techniques pour les ingénieurs qui travaillent sur les scenarii de démantèlement :

• Le premier défi est leur taille : le « caisson » abritant le réacteur est un hexagone pouvant atteindre 50m de haut sur 30m de large.
• Le deuxième défi est la diversité des matériaux que l’on y trouve : le caisson est constitué d’une enceinte en béton de 6 à 8 mètres d’épaisseur. Sur certains réacteurs, cette enceinte est renforcée de câbles de précontrainte horizontaux et verticaux (câbles d’acier d’une dizaine de centimètres de diamètre). A l’intérieur de cette enceinte on trouve, en partie haute, un empilement de briques graphite de 2000 à 2500t. Dans les 3 derniers réacteurs construits (ceux de Saint-Laurent et de Bugey), la partie basse est occupée par un élément de graphite et de métal supportant l’empilement supérieur (l’aire-support de 600t environ) et par les échangeurs de chaleur (sur les réacteurs de Chinon, ces derniers sont à l’extérieur de l’enceinte).
• Le dernier défi est la gestion des déchets : le graphite étant un déchet à faible activité mais à vie longue, il ne dispose pas, à l’heure actuelle, de lieu de stockage défini.

Afin de faire face à ces multiples défis, EDF s’est alliée à Veolia, qui dispose de compétences éprouvées en robotique, et a créé en 2019 une filiale dénommée Graphitech. Cette filiale a pour objectif de définir les solutions de découpe et de conditionnement des déchets issus des caissons des réacteurs UNGG. Graphitech exploitera le démonstrateur industriel en cours de construction aux abords de la centrale de Chinon pour qualifier ces solutions sur des maquettes à l’échelle 1 ou par des simulations numériques. Ce démonstrateur sera également utilisé pour entraîner les futurs opérateurs avant l’ouverture du premier caisson qui sera réalisé sur Chinon A2.

Contrairement aux REP, la déconstruction d’un réacteur UNGG est une prouesse technique qui demande encore de nombreux développements. Le début des travaux sur le premier caisson est prévu en 2032, sa déconstruction devrait durer environ 25 ans et permettre de réaliser un retour d’expérience utile aux autres UNGG. La fin de déconstruction du dernier réacteur est actuellement prévue à l’horizon 2080.

Le financement

La France a chargé l’exploitant d’assurer la déconstruction des réacteurs qu’il a fait fonctionner. EDF a donc prévu, dans ses comptes, les provisions nécessaires au démantèlement de ses centrales nucléaires. Ces provisions sont placées sur des actifs dédiés et leur utilisation à d’autres fins que la déconstruction est légalement proscrite. Le montant de ces provisions fait régulièrement l’objet de révision de la part de l’exploitant, selon l’évolution des scenarii de déconstruction et l’avancement des projets. Il est également contrôlé par la Cour des Comptes qui remet fréquemment des avis sur la pertinence de sa valeur. Le montant actuellement provisionné, qui représente plusieurs milliards d’Euros, est considéré comme pertinent au regard des scenarii retenus par l’exploitant et du retour d’expérience international.

Et ailleurs…

Actuellement, 181 réacteurs sont arrêtés dans le monde et 200 autres devraient l’être d’ici 2035. Si les REP ne constituent pas une difficulté technique majeure, leur nombre en font un enjeu économique de premier ordre, tant pour les activités de déconstruction proprement dites que pour celles liées au traitement des déchets. Ainsi, EDF, via sa filiale Cyclife, traite des déchets métalliques provenant de réacteurs allemands (à Cyclife Suède) et anglais (à Cyclife UK).

Du côté des réacteurs graphite, seuls deux réacteurs, de petite taille, ont été démantelés dans le monde. Tous les autres ont été placés « en sommeil » dans l’attente d’une solution. Le travail mené en France avec Graphitech et le démonstrateur industriel en cours de construction suscitent de multiples intérêts. Ainsi, un consortium nommé Inno4graph a été constitué, regroupant, sous le pilotage d’EDF, le CEA et des exploitants italiens, espagnols et lituaniens. Disposant de financements européens, ce consortium vise à mettre en commun les études déjà réalisées par les différents exploitants et à proposer le démonstrateur pour tester les outils développés dans les autres pays.

Au-delà d’Inno4graph, EDF travaille sur les projets de démantèlement des AGR et des Magnox[1] exploités par EDF Energy au Royaume-Uni. Par ailleurs, la DP2D réalise actuellement des études pour le scenario de démantèlement du réacteur d’Ignalina, en Lituanie. Elle mène des études de sûreté pour l’Espagnol ENRESA et sa centrale de Vandelos. Plusieurs échanges ont également eu lieu avec les Japonais de Tokaï 1 et les Russes de Rosatom.

Enfin, concernant les RNR, l’expérience de SuperPhénix amène à échanger avec les Japonais de Monju qui s’intéressent au procédé français de traitement du sodium.

En conclusion

La déconstruction des réacteurs nucléaires est une aventure complexe autant que passionnante. Elle est cependant souvent méconnue du grand public, qui pense par exemple que rien n’est réalisé et qu’aucun financement n’est prévu.

Or la France est, par de nombreux côtés, pionnière dans le domaine du démantèlement nucléaire. Avec l’Andra et ses centres de stockage de déchets, le Groupe EDF dispose des solutions parmi les plus sûres, les plus éprouvées et les mieux dimensionnées au monde. Les travaux autour de CIGEO constituent, eux aussi, des avancées scientifiques de premier ordre pour permettre de conjuguer les impératifs d’une production électrique décarbonée comme le nucléaire avec la préservation des générations futures. Enfin, ses installations d’entreposage, de conditionnement, d’incinération et de fusion de déchets font d’EDF un acteur majeur de la gestion des déchets nucléaires en Europe.

Les travaux menés sur la déconstruction des réacteurs au graphite, des REP ou des RNR, sont également des expériences d’avant-garde sur le plan mondial. Ils positionnent EDF comme un industriel capable d’accompagner les pays étrangers dans la déconstruction, en toute sûreté, de leurs réacteurs, en se reposant sur la maîtrise technique acquise sur le territoire.

Les avancées technologiques récentes sont pleinement utilisées dans les métiers de la déconstruction, avec des  solutions robotiques pour les découpes ou les télé-opérations massivement employées. EDF a également recours aux drones qui permettent d’inspecter les installations dont les dimensions ne permettent pas d’autres méthodes.

Enfin, des modèles numériques des sites permettent de tester virtuellement les implantations d’atelier, les cinématiques de levage ou d’évacuation de déchets. Ces avancées facilitent grandement les travaux d’études, fiabilisent les stratégies de démantèlement et participent à la conservation de la mémoire, qui constitue un élément essentiel dans la réussite de ces projets.