Transport de combustible usé d'Australie vers la France

Qu'est-ce qu'un réacteur de recherche ?

Les réacteurs de recherche sont plus petits et moins puissants que ceux utilisés pour la production d'électricité. A titre d'exemple, un réacteur de type REP 900 mégawatts électriques génère une puissance thermique de l'ordre de 3 000 MWth pour une masse de combustible en coeur de 85 tonnes. HIFAR dispose, pour sa part, d'une puissance nominale maximale de 10 MWth et d'une capacité totale de combustible chargé de 7 kg.

Les réacteurs de recherche sont notamment utilisés pour :

• La recherche fondamentale dans différents domaines tels que la physique de la matière condensée et la physique nucléaire
• Les irradiations technologiques et les études de sûreté pour les réacteurs de puissance
• La production de radioéléments artificiels pour la médecine et l 'industrie. Environ 250 réacteurs de recherche sont actuellement en service, dans une soixantaine de pays. Près de 50 d 'entre eux ont une capacité similaire à celle d 'HIFAR. Les réacteurs de recherche sont le plus souvent implantés à proximité des zones urbaines sur des sites universitaires.

Quelles sont les principales applications d'HIFAR ?

En service depuis 1958, HIFAR a largement contribué à l 'essor des sciences et technologies nucléaires australiennes notamment dans les domaines de la médecine nucléaire et de la recherche fondamentale et appliquée.

Applications médicales

HIFAR produit une large gamme de radioéléments appelés radio-isotopes. Ceux-ci sont utilisés à des fins de diagnostic et à des fins thérapeutiques (lésions musculaires, maladies cardio-vasculaires, dépistage et traitement des tumeurs cancéreuses) dans les services de médecine nucléaire des hôpitaux et cliniques, en Australie comme en Asie.

Applications scientifiques

Avec plus de 7 000 heures de rayons neutrons générées chaque année, HIFAR constitue un outil de recherche fondamental, au service des scientifiques et étudiants australiens et internationaux.

Les techniques de diffraction ou de diffusion des neutrons permettent de conduire des études sur les structures chimiques et les propriétés magnétiques des matières. Les principales applications industrielles de ces études sont le développement de matériaux plus résistants, plus légers, disposant d'une meilleure tenue à la chaleur et de produits chimiques et pharmaceutiques innovants.

Applications industrielles

Pour répondre aux besoins de l'industrie des composants électroniques, notamment japonaise, le "dopage" de cristaux de silicium par irradiation neutronique est effectué dans le réacteur.

Le silicium ainsi dopé permet de réaliser des composants qui entrent dans la fabrication d'ordinateurs, de matériels audiovisuels (caméras vidéos,...) et de télécommunication (fax,....).

A l'horizon 2005, après plus de 47 ans de service, HIFAR sera remplacé par un nouveau réacteur de recherche construit par la société argentine INVAP et également implanté sur le site de Lucas Heights.

Les missions de l'ANSTO s'organisent autour de quatre axes principaux :

• Fournir au gouvernement une expertise scientifique et technique dans le domaine du cycle du combustible nucléaire. L'ANSTO apporte, entre autres, un appui scientifique et technique aux Autorités australiennes, dans le cadre de leur participation à :     

- l'Agence Internationale de l'Energie Atomique (AIEA),      

- l'Organisation de Coopération et de Développement Economique

- Agence pour l'Energie Nucléaire (OCDE-AEN).

• Exploiter des installations scientifiques et technologiques nucléaires en Australie et à l'étranger pour contribuer au développement de l'industrie et de la recherche nationales.

Parmi ces diverses installations, on compte le réacteur de recherche HIFAR, le Cyclotron Médical National (NMC) et l'accélérateur de particules ANTARES.

• Participer, par des études spécifiques, au développement de la science nucléaire et du cycle du combustible. A ce titre, l'ANSTO intervient dans de nombreux domaines de recherche (physique nucléaire, céramiques avancées, traitement et utilisation de matières radioactives, gestion des déchets radioactifs, structures chimiques et cristallines, médecine, sciences de l'environnement …).
• Développer les applications industrielles de ces recherches pour améliorer la compétitivité de l'industrie australienne.

Comment fonctionne le réacteur HIFAR ?

Le cœur du réacteur HIFAR est composé de 25 éléments combustibles à l'uranium enrichi. Ces éléments ont été fabriqués au Royaume-Uni, après enrichissement de l'uranium dans ce pays ainsi qu'aux Etats-Unis. Le combustible perdant de son efficacité après un certain temps en réacteur, tous les mois 3 ou 4 éléments combustibles usés doivent être déchargés et remplacés par du combustible "neuf". Chaque année, HIFAR utilise ainsi environ 37 éléments combustibles.

Une fois déchargés, les éléments combustibles usés sont entreposés dans des piscines pour refroidissement. Cet entreposage sous eau leur permet de perdre la majeure partie de leur radioactivité.

L'exploitant peut ensuite mettre en œuvre sa stratégie de gestion à long terme de ses combustibles usés.

Quelle stratégie l 'ANSTO a-t-elle choisie ?

La politique de gestion à long terme du combustible usé définie par l'ANSTO et agréée par le gouvernement australien comporte quatre axes principaux :

• Le traitement du combustible usé à l'étranger, aucune usine de retraitement n'existant et n'étant prévue sur le territoire national
• Le conditionnement des déchets sous une forme stable et adaptée au stockage définitif
• Le retour des déchets en Australie
• Un entreposage de longue durée des déchets conditionnés dans des installations prévues à cet effet.

Dans le cadre de cette stratégie, l'ANSTO a déjà effectué, avant la signature du contrat avec AREVA NC, trois transports de combustible usé vers le Royaume-Uni et les Etats-Unis.

Deux transports ont été réalisés à destination de l'usine de Dounreay (Ecosse), propriété de l'Autorité de l'Energie Atomique du Royaume-Uni, respectivement en 1963 (150 éléments) et en 1996 (114 éléments).

De plus, dans le cadre du programme américain de "reprise" des combustibles usés d'origine américaine issus des réacteurs de recherche étrangers, 240 éléments de HIFAR ont été acheminés, en 1998, vers le site de Savannah River, propriété du Département Américain de l'Energie.

Le nouveau partenariat entre l 'ANSTO et AREVA NC

Les services fournis par AREVA NC à l'ANSTO, au titre du contrat signé en 1999, comprennent :

• Le transport de l'Australie vers la France des éléments combustibles usés, dans des emballages spécifiques chargés à bord de navires spécialement affrétés
• Le traitement de ces éléments à l'usine AREVA NC La Hague
• Le conditionnement des déchets ultimes sous une forme stable
• Le retour en Australie de ces déchets pour entreposage puis stockage définitif.

Ce contrat couvre tous les éléments combustibles usés non repris dans le cadre du programme américain (environ 1 300) et comporte des dispositions relatives au traitement des combustibles usés du futur réacteur de remplacement. Le transfert des 1300 éléments combustibles d'Australie vers la France devrait nécessiter 4 transports maritimes.

En application de la loi française du 30 décembre 1991 et des dispositions contractuelles prises, les résidus ultimes conditionnés associés au traitement de ces combustibles seront retournés en Australie. Les gouvernements français et australien ont approuvé, par un échange de lettres, ce principe de retour. Le nombre de conteneurs de résidus à retourner est estimé à 36 pour un volume total d'environ 6 mètres cube.

Avec plus de 18 500 tonnes de combustibles usés de Réacteur à Eau Légère pour le compte de compagnies d'électricité française, japonaises, belges, suisses, allemandes et néerlandaises traitées début 2003, AREVA NC apparaît comme le leader mondial du traitement-recyclage.

L'expertise d'AREVA NC couvre, à la fois, le traitement des combustibles usés des réacteurs de puissance et de recherche. Les compétences et le savoir-faire du Groupe dans ce domaine s'étendent du traitement proprement dit aux opérations de transport associées.

Le transport du combustible usé

TN International, filiale transport d'AREVA NC, dispose d'une expertise couvrant la totalité de la chaîne de transport, depuis l'étude et la conception des emballages jusqu'à la préparation et au suivi des transports.

S'agissant de la conception des emballages, TN International a présenté, en 1999, un nouvel emballage de transport spécialement adapté aux éléments combustibles usés des réacteurs de recherche. Cet emballage appelé TN-MTR (car destiné aux combustibles des Material Testing Reactors) optimise de nombreuses contraintes. Il peut contenir jusqu'à 68 éléments, transporter du combustible usé de diverse nature et a été conçu pour être aisément manipulé.

S'agissant de l'organisation des transports, TN International a déjà à son actif de nombreuses opérations internationales

Le traitement du combustible usé

Près de 13 000 kg de combustibles usés gainés d'aluminium provenant de 21 réacteurs de recherche et 5 900 kg de métal lourd issus d'autres types de combustibles RTR (Research and Test Reactors) ont été traités à l'usine UP₁ d'AREVA NC Marcoule.

Cette expérience bénéficie aujourd'hui directement à l'usine AREVA NC La Hague. L'établissement assure, à titre d'exemple, le traitement des éléments combustibles du réacteur de recherche BR-2 du centre SCK-CEN implanté à Mol, en Belgique et de ceux du réacteur RHF de l'Institut Laue Langevin, implanté à Grenoble.

Le conditionnement des déchets ultimes

Les procédés industriels utilisés (vitrification, compactage et conditionnement en conteneurs standardisés) permettent d'immobiliser de façon sûre les différentes catégories de résidus issus du traitement des combustibles usés de réacteurs expérimentaux. Ces procédés sont le fruit de trente années de recherches intensives et de développement industriel conduits par des organismes français.

Tous ces procédés industriels, internationalement reconnus, sont pour la plupart déjà exploités commercialement à l'usine de traitement AREVA NC La Hague. Ainsi, plus de 9 600 conteneurs de résidus vitrifiés ont été produits à ce jour, dans des conditions de sûreté maximales.

Le retour des résidus ultimes conditionnés vers leur pays d'origine

Le processus de retour, vers leur pays d'origine, des déchets ultimes conditionnés associés au traitement des combustibles usés sur le site d'AREVA NC La Hague, a été engagé en 1995.

36 transports ont d'ores et déjà été réalisés :

Onze retours de résidus vitrifiés vers le Japon, huit  transports ont été organisés vers l'Allemagne, ainsi que dix vers la Belgique, six vers la Suisse et un vers les Pays-Bas.

Les étapes successives du procédé

La réception et l'entreposage en piscine du combustible usé

A leur arrivée à l'usine de traitement d'AREVA NC La Hague, après vérification des emballages et de leur contenu, les éléments combustibles usés australiens sont déchargés, placés dans des paniers et entreposés sous eau dans une piscine de désactivation, pour refroidissement avant le début des opérations de traitement.

Le traitement du combustible usé

Les opérations de dissolution constituent la première étape du traitement. Une fois déchargés des piscines, les éléments combustibles usés sont découpés si nécessaire et dissous dans de l 'acide nitrique. La solution ainsi obtenue est diluée par mélange avec d'autres solutions provenant du traitement de combustibles usés de réacteurs de puissance.

Par la suite, l'uranium est séparé et entreposé, pour recyclage ultérieur. Les produits de fission, e plutonium (présent en très faible quantité) et les éléments de structure sont conditionnés sous une forme extrêmement stable, adaptée au transport, à l'entreposage et au stockage définitif.

Le conditionnement des déchets

Chaque catégorie de déchets se voit appliquer un traitement industriel adapté à sa nature. Les produits de fission et le plutonium sont vitrifiés, autrement dit incorporés dans une matrice de verre stable. Les éléments de structure sont, quant à eux, compactés sous forme de "disques ".

La matrice de verre ainsi que les disques compactés sont alors conditionnés dans des conteneurs standardisés, en acier inoxydable, appelés Conteneurs Universels.

Ces conteneurs cylindriques mesurent 1,34 m de hauteur et 43 cm de diamètre.

Les résidus ultimes ainsi conditionnés seront produits dans le strict respect des spécifications agréées par les Autorités compétentes australiennes et françaises.

Ces spécifications sont conformes aux critères élaborés par l 'AIEA pour les déchets de moyenne activité à vie longue.

Les avantages du procédé

Récupération de matières valorisables et réutilisables

Le traitement permet d'isoler, en vue de sa réutilisation ultérieure, l'uranium enrichi encore présent dans le combustible usé.

Réduction de volume des déchets ultimes

Le traitement permet une réduction significative du volume des déchets à stocker, en comparaison des autres méthodes de gestion du combustible usé (entreposage intérimaire de longue durée et stockage direct).

Stabilité et sûreté des résidus

A chaque catégorie de déchets correspondent des conditionnements stables, internationalement agréés, adaptés au stockage de longue durée. Le verre au borosilicate est ainsi aujourd'hui utilisé pour immobiliser les produits de fission.

Manutention et gestion simplifiées

L'utilisation d'un conteneur standardisé, dit "conteneur universel", pour le conditionnement des différents types de déchets de moyenne activité à vie longue, quelles que soient leur forme, leur activité et leur destination finale permet de faciliter de manière très significative la manutention, le transport, l'entreposage intérimaire et le stockage définitif de ces déchets.

Ce transport s'effectue en plusieurs étapes successives :

Chargement, sur le site de Lucas Heights, des éléments combustibles dans des emballages de transport spécifiques.

Les opérations de chargement sont effectuées sous eau selon les procédures suivies habituellement. Une fois chargés et sortis des piscines, les emballages sont vidangés, séchés puis fermés de façon étanche.

Pour simplifier et standardiser les conditions de manutention, ces emballages sont alors placés dans des caissons standards de transport, en acier, de type ISO 20 pieds, spécialement renforcés.

Transfert par route des emballages de transport depuis le site de Lucas Heights jusqu'au port de Botany (Nouvelle-Galles du Sud), situé à une vingtaine de kilomètres.

Sur le quai d'embarquement du port de Botany, les emballages sont chargés à bord d'un navire spécialement affrété.

Transport maritime d'Australie vers la France.

Le transport maritime s'effectue à bord d'un navire spécialement affrété, répondant aux spécifications de la classe INF-2, telles que définies par l'Organisation Maritime Internationale.

AREVA NC, responsable de toutes les opérations de transport des emballages depuis leur chargement à bord du navire jusqu'à leur arrivée à l'usine de retraitement, a sous-traité les prestations de transport à sa filiale TN International.

En France, transfert par route des emballages jusqu'à l'usine de traitement d'AREVA NC La Hague.

A leur arrivée, les emballages de transport seront transférés, à l'aide d'une grue portuaire, sur des camions qui satisfont aux exigences de la réglementation nationale relative au transport de matières dangereuses.

Ils seront ensuite transportés, par route, jusqu'à l'usine de traitement de AREVA NC La Hague.

Un navire spécialement affrété

Un navire spécifiquement équipé, a été spécialement affrété par TN International pour transporter les combustibles usés australiens.

Ce navire, embarque suffisamment de carburant pour pouvoir effectuer sa traversée sans escale. Il est régulièrement affrété par TN International pour le transport de matières radioactives entre l'Europe, les Etats-Unis et le continent asiatique.

Ce navire satisfait aux exigences de la classe INF-2 telles que définies par l'Organisation Maritime Internationale. Le recueil INF (Irradiated Nuclear Fuel), adopté par l'Assemblée de l'OMI, en novembre 1993, s'applique aux navires qui transportent des combustibles nucléaires usés, du plutonium et des déchets de haute activité et comporte des dispositions relatives à la conception et à l'équipement de ces navires.

Ce recueil répartit les bâtiments transportant ce type de matières radioactives en trois classes en fonction de la quantité totale de radioactivité autorisée à bord et prévoit pour chacune de ces classes des dispositions particulières en matière de stabilité, de protection contre l'incendie, de matériel de radioprotection, de formation de l'équipage et de plans d'urgence de bord ...

Conformément aux prescriptions applicables aux navires de la classe INF-2, ce navire est équipé, entre autres, des dispositifs suivants :

• Une double coque pour minimiser les dommages et garantir la sûreté en cas d'accident,
• Des systèmes complémentaires de détection et de lutte contre l'incendie.
• Le système de détection et d'alarme incendie couvre l'intégralité du bâtiment.
• Des dispositifs performants d'extinction, comprenant notamment un système d'aspersion de la cargaison, sont également installés,
• Une source d'énergie électrique de remplacement qui pourrait prendre le relais en cas d'avarie affectant la source principale,
• Un dispositif de radioprotection,
• Des systèmes modernes de communication et de suivi (systèmes INMARSAT et GPS).

La certification INF-2 implique également la mise en place d'un programme de formation de l'équipage à la radioprotection et l'existence d'un plan d'urgence de bord spécifique.

La réglementation relative au transport de matières dangereuses

Le transport des matières dangereuses est soumis à différentes réglementations suivant le mode de transport utilisé (route, rail et mer) et les pays concernés.

En Australie, c'est le code Australien des Matières Dangereuses qui a vocation à s'appliquer.

En France, la réglementation relative au transport par route (arrêté ADR du 1er juin 2001 tel que modifié le 8 février 2002) est fondée en partie sur "l'Accord Européen relatif au transport international des marchandises dangereuses par route (ADR)".

Le transport maritime satisfait, pour sa part, aux dispositions du code sur le Transport Maritime International de Marchandises Dangereuses ou code IMDG (International Maritime Dangerous Goods Code), adopté par l'Organisation Maritime Internationale (OMI).

Ce code sert de guide aux personnels chargés de la manutention et du transport de matières dangereuses, dont les matières radioactives, dans les ports et à bord des navires. Il décrit l'ensemble des dispositions à respecter en matière d'identification des emballages, de marquage, d'étiquetage, de placardage, d'arrimage, de documentation et de prévention de la pollution marine.

La réglementation relative au transport de matières radioactives

L'Agence Internationale de l'Energie Atomique basée à Vienne, en Autriche, est une institution des Nations-Unies. Parmi ses diverses missions, elle est chargée d'élaborer des recommandations relatives au transport de matières radioactives. Ces recommandations sont appliquées par tous les états concernés par ce type d'activité, notamment en France et en Australie.

La philosophie des réglementations de l'AIEA est de faire reposer la sûreté du transport, en tout premier lieu, sur l'intégrité de l'emballage quel que soit le mode de transport utilisé. Pour cette raison, les réglementations définissent trois types d'emballages. Les critères de conception correspondants prennent en compte la radioactivité et la forme sous laquelle la matière est transportée.

Plus précisément, afin de transporter des combustibles usés de recherche, les emballages doivent satisfaire aux spécifications strictes des emballages de type B(U)F de l'AIEA. Pour vérifier leur résistance et garantir leur sûreté, les emballages sont, par ailleurs, soumis à une série de tests réglementaires très contraignants.

S'agissant des dispositions relatives à la sûreté des navires transportant des matières nucléaires, on rappellera que l'OMI a adopté en 1993 le recueil INF qui complète le dispositif réglementaire existant en édictant des spécifications propres à la conception et l'équipement de ces navires.

Régimes de responsabilité civile applicables en cas d'accident

L'ensemble des composantes du dispositif de sûreté (résistance et fiabilité des emballages de transport spécifiques et du navire spécialement affrété) offre une protection réelle contre les risques d'accidents.

Si un accident se produisait néanmoins, les préjudices subis pourraient être indemnisés en application des différents régimes de responsabilité civile existants.

Dans le cas d'un accident sans conséquence nucléaire, c'est le régime de responsabilité civile de droit commun qui serait mis en œuvre.

Dans l'hypothèse hautement improbable d'un accident nucléaire, le régime conventionnel de responsabilité civile nucléaire établi par les conventions de Paris et de Bruxelles trouverait à s'appliquer. En vertu de ce régime, une personne subissant un dommage résultant des propriétés radioactives des matières transportées pourrait demander réparation de son préjudice sans qu'il lui soit nécessaire de démontrer l'existence d'une faute. Ces conventions s'appliquent aux dommages subis en haute mer et introduisent un principe de couverture de la responsabilité par un système d'assurance.

Un accident nucléaire affectant le territoire d'états non parties à ces conventions, eaux territoriales comprises, serait traité selon le régime de responsabilité civile applicable au regard des règles de droit international privé.

Dispositifs de contrôle et de suivi des matières nucléaires à des fins de non-prolifération

Le transport de combustibles usés d'Australie vers la France s'effectue, enfin, dans le strict respect des réglementations internationales relatives au contrôle et au suivi des matières nucléaires ainsi qu'à la protection physique.

Les dispositifs mis en place sont notamment conformes aux standards élaborés par l'AIEA en application du traité de Non-Prolifération des Armes Nucléaires (TNP) et à ceux de la convention sur la Protection Physique des Matières Nucléaires (AIEA/INFCIRC 274), instruments tous deux ratifiés par la France et l'Australie.

Les dispositions de l'Accord bilatéral, du 7 janvier 1981, signé entre l'Australie et la France, relatif aux transferts de matières nucléaires sont également applicables.