Le démantèlement nucléaire

Publié le 5 février 2015

Lorsqu’une installation nucléaire arrive en fin de vie, on procède à son démantèlement et à son assainissement. Le démantèlement consiste à démonter les équipements et les auxiliaires. La phase d’assainissement consiste à enlever l’essentiel de la radioactivité résiduelle contenue dans les installations.

LA FIN DE VIE D
’UNE INSTALLATION NUCLÉAIRE DE BASE (INB)
Le démantèlement nucléaire correspond à une étape technique et administrative de la vie d’une installation nucléaire de base (INB).
Qu’il s’agisse d’un réacteur, d’une usine de retraitement ou d’un laboratoire de recherche, la décision d’arrêter l’exploitation d’une installation constitue un engagement de l’exploitant. Cette décision conduit à terme à la mise à l’arrêt définitif (MAD) de l’installation sur la base d’un décret de MAD/DEM et ouvre une période dite d’opérations préparatoires à la mise à l’arrêt définitif, durant laquelle l’exploitant évacue une part significative des substances dangereuses (par exemple le combustible nucléaire d’un réacteur) et prépare les futures opérations de démantèlement encadrées par le décret de MAD/DEM. Les opérations préparatoires à la mise à l’arrêt définitif sont assurées dans le référentiel d’exploitation courante de l’installation car elles obéissent aux règles de sûreté prévues pour le fonctionnement de l’installation.
A la publication du décret de MAD/DEM, commencent les opérations de démantèlement et d’assainissement proprement dites, chaque étape peut faire l’objet d’une instruction administrative et technique par l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN), et donner lieu à une autorisation préalable.
Lorsque les opérations de démantèlement nucléaire sont achevées, souvent plusieurs années après, l’installation peut alors être « déclassée ». L’ASN contrôle que l’état final visé a été atteint, puis procède à l’acte administratif de déclassement. Cela signifie que l’installation ne figure plus sur la liste des INB. Selon les cas, la réutilisation de l’installation, ou du terrain si l’installation a été entièrement déconstruite, est soumise à des servitudes particulières. Le réemploi de l’installation / du terrain se fait généralement dans le cadre d’activités industrielles.



ORGANISATION D’UN CHANTIER
DE DÉMANTÈLEMENT NUCLÉAIRE
On privilégie le démantèlement immédiat des installations, chaque fois que c’est réalisable, afin de diminuer les risques liés à la radioactivité et de bénéficier des connaissances du personnel d’exploitation. Cela permet aussi d’éviter des coûts liés à la surveillance prolongée de l’installation. Cette stratégie de démantèlement immédiat est recommandée par l’ASN et par l’AIEA (Agence internationale de l’énergie atomique).
Pour autant, les chantiers de démantèlement peuvent durer plusieurs années, selon la taille et la complexité des structures à démanteler, et selon leur niveau de radioactivité.
La présence de matières radioactives diffère suivant le type d’installation :
*         Dans un réacteur nucléaire, la radioactivité est majoritairement contenue dans les structures proches du cœur soumises à l’activation neutronique ;
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*         Dans une usine de retraitement de combustible nucléaire ou dans une station de traitement des effluents et des déchets, la radioactivité se situe dans différentes zones de l’installation, par exemple les tuyauteries, les cuves.
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*         Dans un laboratoire de recherche, la radioactivité est confinée dans des structures étanches, appelées « cellules blindées » ou « boîtes à gants », qu’il faut également démonter et assainir.
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Les installations peuvent être de type industriel ou de recherche :
*         Pour des installations industrielles (un réacteur EDF par exemple), le démantèlement bénéficie d’un effet de série, d’une certaine homogénéité et donc d’un retour d’expérience.
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*         Pour des installations de recherche comme au CEA (laboratoires, réacteurs de recherche), chaque installation est unique : on traite au cas par cas mais le retour d’expérience dans sa globalité est important.

Les opérations sont réalisées selon différents procédés chimiques, mécaniques, thermiques.
Pour les équipements ou les bâtiments contenant de la radioactivité (assainissement), ces techniques sont adaptées à l’environnement nucléaire et le chantier fait l’objet d’une organisation spécifique : travail en tenue de protection, périmètre d’intervention, sas de confinement…. Il s’agit d’éviter toute contamination radioactive des personnels et toute dissémination de matières radioactives dans l’environnement (poussières, effluents contaminés…). Si les opérations présentent un risque d‘irradiation pour les opérateurs, elles sont alors effectuées à distance au moyen d’engins robotisés.
Les déchets radioactifs générés sont acheminés vers les filières prévues à cet effet, gérées en France par l’Andra (Agence nationale de gestion des déchets radioactifs). Dans le cas de réacteurs, comme les matières les plus radiotoxiques ont été évacuées durant les opérations de « mise à l’arrêt définitif » de l’INB, les déchets radioactifs générés pendant le démantèlement sont en grande partie des déchets classés FA (faible activité) et TFA (très faible activité).



UNE GESTION SUR LE LONG TERME
La bonne gestion des opérations de démantèlement nucléaire permet de limiter l’impact des activités nucléaires passées pour les générations futures. Il s’agit donc d’un enjeu important pour la filière nucléaire.
Ainsi, d’un point de vue réglementaire, les exploitants nucléaires ont, en France, plusieurs obligations, édictées dans la loi du 28 juin 2006 relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs :
*         Chaque exploitant a l’obligation d’établir un plan de démantèlement de ses installations à l’attention de l’ASN ;
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*         Chaque exploitant est également tenu d’évaluer les coûts relatifs au démantèlement futur de ses installations nucléaires et de constituer des provisions pour sécuriser le financement de ces travaux.
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D’un point de vue technique, des actions de R&D sont réalisées afin de développer les technologies les plus adaptées : robotique, réalité virtuelle, nouveaux procédés chimiques ou mécaniques de décontamination... Au CEA, plusieurs innovations ont été mises au point ces dernières années pour faciliter les opérations de démantèlement nucléaire. Elles font souvent l’objet de transferts industriels.
Ces innovations constituent un enjeu de long terme pour les industriels. En effet, du fait de la mise en service d’un grand nombre d’installations nucléaires dans le monde durant les 50 dernières années, le démantèlement nucléaire devient peu à peu un secteur d’activités à part entière (en France, 9 réacteurs EDF et 21 installations civiles de recherche du CEA sont en cours de démantèlement ou de déclassement administratif et trois sont déjà déclassées).

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Indispensables, mais attention !

Les rayonnements laser présentent des risques plus ou moins importants pour l’oeil et la peau en fonction de leur puissance, du temps d'exposition, de la dimension du faisceau et de la longuer d'onde.

Publié le 30 juin 2015

Les rayonnements laser présentent des risques plus ou moins importants pour l’oeil et la peau en fonction de leur puissance (dès 1 mW), du temps d’exposition, de la dimension du faisceau et de la longueur d’onde (ultraviolet, infrarouge, voire visible). En fonction de ces paramètres, les effets biologiques ne sont pas les mêmes.
Les mécanismes d’interaction sur les tissus peuvent être thermiques, photochimiques, électromécaniques ou photo-ablatifs. Pour éviter cela, les laseristes isolent le plus possible les faisceaux laser (on parle de capotage de faisceau) et portent des lunettes spéciales.

LE DOMAINE ULTRAVIOLET (100-400 NANOMÈTRES)
Les effets photochimiques néfastes des rayonnements ultraviolets naturels (UV) sont bien connus. Ainsi, sur la peau, les lasers UV peuvent engendrer des brûlures photochimiques, un vieillissement prématuré voire des cancers. Certains lasers sont susceptibles de provoquer des coupures (ablations) dans le tissu cutané.

Pour ce qui concerne les yeux, et notamment la conjonctive et la cornée, des surexpositions au faisceau laser peuvent entraîner des brûlures. Grâce à des expérimentations cellulaires, les chercheurs ont montré que l’irradiation laser (193 nm) était considérée comme un stress par les cellules et que ce rayonnement pouvait déclencher un mécanisme de mort programmée (apoptose) dans des cellules de cornée en culture. L’activation d’une protéine régulatrice du devenir des cellules (la p53, « gardienne du génome ») a été également démontrée. Dans les cellules survivantes, l’induction d’un processus de photo-vieillissement est suggérée par les résultats obtenus.


LE DOMAINE VISIBLE ET PROCHE INFRAROUGE (400-1 400 NM)
Ce domaine de rayonnement laser peut être extrêmement dangereux en raison de sa pénétration à travers les milieux oculaires. Les rayons sont focalisés par la cornée et le cristallin sur la rétine, entraînant des diminutions de l’acuité visuelle, voire des risques de cécité. Les lésions peuvent être révélées lors d’examens angiographiques. Sur la peau, une surexposition aux rayonnements occasionnera des brûlures.


LE DOMAINE INFRAROUGE (1 400 NM-1 MM)
Ces rayons n’atteignent pas la rétine, mais entraînent des lésions thermiques de la cornée, ainsi que des pertes de transparence du cristallin. Des brûlures cutanées ont également été observées.
Les recherches réalisées au CEA permettent de mieux connaître les effets des rayonnements laser sur l’organisme, d’en apprécier les mécanismes moléculaires et de trouver des marqueurs biologiques des lésions de la cornée. Ces travaux sont nécessaires pour définir ou améliorer les limites d’exposition du fait de l’évolution technologique des lasers. Ils contribuent également à une meilleure utilisation du rayonnement laser dans le génie biomédical.

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La cryogénie

Publié le 29 mars 2016


Ce n’est qu’en 1908 que Kamerlingh Onnes est parvenu à liquéfier l’hélium, une prouesse qui lui a permis 3 ans plus tard de découvrir la supraconductivité [1] . Dès lors, la cryogénie a connu un essor considérable qui se poursuit aujourd’hui. Cette discipline reste néanmoins un domaine de la physique mal connu du grand public. Et pourtant ses applications sont nombreuses dans des secteurs d’activités variés tels que le spatial, la santé, ou encore l’énergie.
QU'EST-CE QUE LA CRYOGÉNIE ?

La cryogénie s’intéresse à l’étude des très basses températures : comment les produire, les maintenir et les utiliser dans des conditions spécifiques. Cette discipline a aujourd’hui ouvert de nouvelles voies de recherche et a permis le développement de technologies innovantes :
*         l’étude de phénomènes physiques tels que la supraconductivité et la superfluidité,
*         l’acquisition de données majeures en astrophysique pour la compréhension de notre Univers,
*         le développement d’aimants supraconducteurs pour les grands instruments de physique des particules (grands accélérateurs, tokamak Iter, JT-60SA), IRM, RMN, et dans le domaine des lasers et des cibles (Laser Mégajoule),
*         l’utilisation de la résonance magnétique nucléaire (RMN) pour l’étude structurale de la matière (pour la conception de nouveaux nanomatériaux par exemple), la biologie et la santé (imagerie médicale),
*         la mise au point des moteurs utilisés en propulsion spatiale (moteurs des fusées Ariane).


TRAVAILLER À DES TEMPÉRATURES EXTRÊMEMENT FROIDES
La température est liée à l'agitation des molécules qui constituent un système physique. A l’état naturel, lorsque deux corps sont mis en contact, ils peuvent échanger de l'énergie (sous forme de chaleur), allant du système où l'agitation est la plus grande vers celui où l'agitation est la plus faible. Pour quantifier cette agitation, les chercheurs utilisent une grandeur appelée la température. L’unité de mesure internationale utilisée est le kelvin [2].
En physique, il existe un zéro absolu des températures. A cette température, théoriquement inatteignable, les corps ne possèdent plus d'agitation thermique et sont dans un état d’énergie minimale. Lorsque l'on refroidit un corps au-dessous de la centaine puis de la dizaine de kelvins environ, des phénomènes quantiques surprenants apparaissent. Pour voir apparaître, étudier, puis utiliser ces propriétés spécifiques de la matière, il faut donc refroidir. C’est un des objectifs de la cryogénie pour comprendre ces nouveaux mécanismes et ainsi permettre de grandes avancées.


LE CRYOSTAT,
OUTIL INDISPENSABLE POUR ACCÉDER AUX TRÈS BASSES TEMPÉRATURES
En cryogénie, la manipulation des très basses températures nécessite l’utilisation d’un outil : le cryostat. Il s’agit d’une « boîte » contenant différents instruments dont un système de refroidissement permettant la production et le maintien de très basses températures. Dans sa déclinaison la plus simple, il utilise un ou plusieurs réservoirs de liquides très froids qui, de manière générale, sont l’azote et l’hélium.
Depuis quelques années, de nouveaux systèmes, appelés cryoréfrigérateurs, et conçus pour refroidir jusqu’aux températures cryogéniques (en dessous de 120 K), sont mis au point pour remplacer les réservoirs. En effet, l’utilisation de ces réservoirs présente plusieurs inconvénients importants : une masse et un volume conséquents, un besoin de disponibilité des fluides cryogéniques, et par essence une autonomie limitée par la quantité de fluides stockée. Les cryoréfrigérateurs ne requièrent quant à eux qu’une alimentation électrique, et présentent dans leur déclinaison pour le spatial, par exemple, un fonctionnement fiable durant plusieurs années. Aujourd’hui, les systèmes cryogéniques sont également utilisés pour la fusion nucléaire ou la santé.

DES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TOUJOURS PLUS PERFORMANTS
Pour des températures extrêmement froides, plusieurs systèmes de refroidissement doivent être associés en cascade pour couvrir l’intégralité de la gamme de températures. Aujourd’hui des chaînes cryogéniques permettant d’atteindre des températures de l’ordre de quelques millikelvins (-273,1°C) sont disponibles. Pour des systèmes dits « subkelvin », seules trois technologies émergent :
*         le refroidissement par évaporation utilisant un isotope de l’hélium (l’hélium 3) ;
*         le refroidissement magnétique (désaimantation adiabatique [3] ) ;
*         la dilution (propriété de la séparation de phases des 2 isotopes de l’hélium).

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LA MÉCANIQUE DES FLUIDES

Réalisation : 18 juin 2005 - Mise en ligne : 18 juin 2005
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Descriptif

La dynamique des fluides est un sujet qui s'applique largement : en biologie, en géophysique et en astrophysique, en océanographie et en météorologie, ainsi qu'en génies chimique, nucléaire, aéronautique, hydraulique et en écologie. Dans tous ces contextes, le fluide, qui est soit en phase liquide, soit gazeuse, soit sous forme de plasma (gaz ionisé), est traité comme un milieu continu représenté par les champs de densité, de pression et de vitesse satisfaisant la fameuse équation de Navier-Stokes. Cette équation décrit des phénomènes se produisant sur une très grande gamme d'échelles de longueur, allant de l'échelle ‘sub-micron' des phénomènes biologiques à un extrême, jusqu'à l'échelle ‘super-parsec' des phénomènes cosmologiques et astrophysiques à l'autre. Nous présenterons un point de vue sur ces phénomènes et discuterons en particulier l'effet dynamo, qui correspond à l'auto-excitation du champ géomagnétique due aux mouvements se produisant dans le noyau liquide terrestre, problème classique pour lequel des progrès remarquables ont été réalisés depuis ces cinq dernières décennies. Deux aspects de ce problème peuvent être illustrés par des phénomènes analogues, mais plus simples, provenant de la dynamique des corps rigides. Tout d'abord, l'auto-excitation d'un champ magnétique dans un fluide conducteur est associée à la chiralité de l'écoulement turbulent, propriété que possède le ‘rattleback', toupie asymétrique qui présente un curieux comportement quand on la fait tourner sur une table. Nous montrerons ensuite que l'instabilité dynamo est dissipatrice par nature, car il faut de la dissipation par effet Joule pour permettre l'intensification du champ magnétique, ceci sur l'échelle du temps de dissipation qui est de l'ordre de 10,000 ans dans le contexte terrestre. L'instabilité dissipatrice peut être illustrée par le phénomène familier de ‘l'oeuf montant'. La conférence sera agrémentée par quelques démonstrations simples de ce genre d'instabilités.

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