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Plutonium - Mythes et réalités

De
282 pages
200 tonnes de plutonium sont produites par les 58 réacteurs français. Qu'en fait-on ? Une partie est stockée, l'autre fait des MOX, c'est-à-dire utilisée dans la production de combustibles mixtes. Malgré une gestion des stocks plus que correcte, notamment dans valorisation à des fins utiles, le plutonium a mauvaise réputation : il reste lié au domaine militaire, à Nagasaki, à Tchernobyl et à son effet négatif sur l'Homme.
Pourtant, si le plutonium a une utilisation négative avérée, il convient également de lui reconnaître l'autre côté de sa pièce, des utilisations positives. Il peut, en effet, devenir pour les réacteurs de nouvelle génération, une source d'énergie pendant plusieurs siècles, et permettre d'améliorer le potentiel énergétique de l'uranium. C'est dans cette perspective que plusieurs pays estiment le plutonium comme une source de réserve énergétique pour l'avenir. On aurait également tendance à oublier que l'un de ses isotopes, le 238, est considéré comme une source d'énergie irremplaçable dans le domaine spatial.
Ce livre présente en dix-sept chapitres toutes les facettes du plutonium. Il traite successivement des domaines suivants : la découverte aux utilisations tant civiles que militaires ; les dangers pour l'homme et l'environnement ; la façon de traiter les contaminations ; la question de la surveillance, afin d'éviter l'utilisation malveillante ; les façons de le manipuler sans dangers, dans les usines et réacteurs.
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HENRIMÉTIVIER
Plutonium mythes et réalités
Henri Métivier
17, avenue du Hoggar Parc d’Activités de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France
Conception de la couverture : Jérôme Lo Monaco
Illustrations de couverture (de gauche à droite et de haut en bas) : Seaborg lors de son allocution à Orsay lorsque l’Université lui a décerné le titre de Docteur Honoris Causa (© Dominique Calmet). Pastille de plutonium 238 portée au rouge (dans certaines configurations, la température de surface d’un échantillon de plutonium 238 peut atteindre1000°C).Boîteàgantspermettantdetravaillerleplutonium(©CEA).SondeCassini explorant Saturne (vue d’artiste, © NASA). Assemblage MOX (© AREVA).
Mise en pages : Patrick Leleux
Imprimé en France
ISBN : 978-2-7598-0438-2
Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur er ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1 de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal.
© EDP Sciences 2010
Sommaire
Préface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 1 – Le plutonium, un radioélément naturel ?. . . . . . . D’où vient le plutonium ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le plutonium et l’évolution de la vie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Uncomposénaturellementprésentàlétatdetrace. . . . . . . . . . . . . . Chapitre 2 – Le plutonium, découverte et propriétés. . . . . . . . . La naissance du plutonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le plutonium parmi les actinides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les propriétés physiques du métal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les degrés d’oxydation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les composés du plutonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les interactions avec les protéines et d’autres substances d’intérêt biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 3 – Nagasaki, le péché originel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’Europe cherchait la bombe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les États-Unis, sur la voie du projet Manhattan. . . . . . . . . . . . . . . . . Le plutonium vu pour la première fois par un œil humain . . . . . . . . Le projet Manhattan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reste à faire la bombe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Que faire de la bombe ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’après-bombe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aujourd’hui dans le monde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 11 15 15 19 21 23 24 28 30 33 34
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P LUTONI UM,MY T HE SE TR É A L I T É S
Chapitre 4 – La production de plutonium et l’inventaire international . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La production de plutonium en réacteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’inventaire mondial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 5 – Comment manipuler le plutonium en toute sécurité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les premiers pas de la radioprotection, le principe de précaution. . . . Les règles d’aujourd’hui . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les règles fondamentales de sûreté en France . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 6 – Aujourd’hui et demain, l’avenir du plutonium. . Pourquoi recycler le plutonium ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le combustible MOX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le MOX dans les VVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le MOX dans les réacteurs à eau bouillante (REB). . . . . . . . . . . . . . Le MOX dans les réacteurs à eau lourde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La fabrication du combustible MOX. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 7 – Le plutonium, après-demain : Génération IV. . . . Les réacteurs en développement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les réacteurs à neutrons rapides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les réacteurs à neutrons rapides refroidis à l’hélium (RNR-G). . . . . . Les réacteurs à très haute température (RTHT). . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 8 – La non-prolifération et le recyclage des armes. . . Militaire ou non militaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les traités et accords internationaux contre la prolifération . . . . . . . . Des accords bilatéraux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La réduction des stocks de plutonium militaire . . . . . . . . . . . . . . . . . La France très active, AIDA-MOX et Savannah River. . . . . . . . . . . . La polémique autour des MOX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Chapitre 9 – Les applications du Pu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (GTR) . . . . . . . . . L’épopée des pacemakers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les détecteurs de fumées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 10 – Le plutonium dans l’environnement. . . . . . . . . . Les sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le comportement du plutonium dans l’environnement. . . . . . . . . . . Chapitre 11 – Le devenir biologique du plutonium. . . . . . . . . . Les voies d’entrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Notions de doses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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65 66 72 81 85 87 89 94 95 95 96 99 100 103 105 105
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S o m m a i r e
Chapitre 12 – La toxicité du plutonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les études animales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les études épidémiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 13 – L’homme cobaye. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les injections de plutonium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le rôle de Wright Langham. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Une vraie mesure de l’exposition, le programme d’analyse de tissus humains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’affaire Karen Silkwood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 14 – Le traitement des personnes contaminées. . . . . . La réduction de l’irradiation par voie médicamenteuse . . . . . . . . . . . . Le lavage pulmonaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La décontamination du plutonium est-elle efficace en terme de risque ?Chapitre 15 – Plutonium et terrorisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Un scénario meurtrier efficace, l’affaire Litvinenko. . . . . . . . . . . . . . . Un scénario terroriste : contaminer l’alimentation en eau d’une ville, Paris par exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le scénario de l’inhalation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La gestion et le coût économique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 16 – Le plutonium sous haute surveillance. . . . . . . . . L’organisation française . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’organisation européenne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La protection et le contrôle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les transports. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les aspects techniques du contrôle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La comptabilité au gramme près est-elle possible ? . . . . . . . . . . . . . . . Chapitre 17 – Plutonium et déchets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le cadre législatif en France . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Séparation et transmutation des actinides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quelle conclusion ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Remerciements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pour en savoir plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Préface
Le plutonium est un élément exceptionnel pour les scientifiques, tant au plan de ses propriétés nucléaires, que physiques, chimiques et bio-chimiques. L’étude de toutes ces propriétés a largement fait progresser les connaissances sur les actinides, dont il est un élément central. Les actinides sont impliqués dans tout ce qui touche au « nucléaire ». Dans ce domaine, le plutonium contribue aux stratégies de dissuasion et à la production d’énergie électrique. Il est jalousement conservé par les États et soumis à une surveillance internationale constante. C’est aussi un élément médiatique. Son origine et ses propriétés restent mystérieuses. Il cristallise les angoisses du public face au danger du nucléaire. Il est devenu, dans la e deuxième moitié duXXsiècle, le mythe, au sens symbolique du terme, de l’élément diabolique. Pour toutes ces raisons, qui d’entre nous n’a jamais entendu parler du plutonium ? Qui n’a jamais lu dans la presse, un article à son propos ? Les premiers atomes et le premier nanogramme de plutonium sont nés de l’alchimie moderne qui a suivi la découverte de la radioactivité artificielle. Ses modes de production, comme pour tout radioélément arti-ficiel, conduisent à différentes compositions isotopiques auxquelles cor-respondent différentes qualités de plutonium. Aujourd’hui, chaque tonne de combustible standard usé, retiré des réacteurs nucléaires contient une dizaine de kilogrammes de plutonium, dit civil, et le monde a déjà produit de l’ordre de 200 000 tonnes de ce combustible. Le stock de plutonium militaire, qui a été séparé de l’uranium irradié pour faire des armes, doit
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être de quelques centaines de tonnes. La saga du plutonium s’inscrit dans cette double façon d’utiliser les propriétés de fission de ses isotopes. Mais le plutonium a aussi trouvé des applications fondées sur la propriété radioac-tive d’un de ses isotopes d’être un émetteur alpha convenable pour fournir l’énergie des sondes spatiales. Dans la pratique des nombreuses opérations sur le plutonium, il faut se prémunir à la fois contre les possibilités de fis-sion et les effets de sa radioactivité alpha, et la radioactivité de ses descen-dants. Son utilisation à des fins militaires a conduit à une dissémination globale sur toute la terre. Aussi le retrouve-t-on maintenant à l’état naturel dans l’environnement, mais à une concentration si faible qu’il n’est que très difficilement détectable. Pour autant, cet aspect environnemental est lié au grand problème de la gestion des déchets radioactifs à vie longue que les générations futures devront continuer d’assumer. On a compris que le plutonium est fascinant à plusieurs égards. Il a fasciné l’auteur de ce livre, qui l’avoue lui-même, et beaucoup d’autres scientifiques. En tout cas, Henri Métivier est un passionné du plutonium. Cela se perçoit clairement à la lecture de l’ouvrage qu’il publie aujourd’hui au terme d’une longue carrière de radiochimiste pendant laquelle il a travaillé sur cet élément. De ses travaux expérimentaux sur les solutions et les composés du plutonium, de sa longue expérience en matière de radioactivité et de radioprotection, des contacts qu’il a eus avec d’autres éminents spécialistes du domaine ou, au contraire, avec des non spécialistes, il a tiré la conclusion qu’il y avait encore beaucoup à dire sur le plutonium. Il l’écrit très bien en mêlant, dans la rigueur, les aspects scien-tifiques, l’Histoire et la petite histoire. C’est le roman du plutonium qu’il déroule, un roman que le lecteur aura plaisir à découvrir et qui recoupe, au-delà de cet élément, l’odyssée du nucléaire. Au total un livre attachant, plein de renseignements et d’enseignements, qui ajoute aux ouvrages sur le plutonium la touche du vécu. Henri Métivier eût été heureux de nous faire partager son enthousiasme sous une double signature, la sienne et celle de Charles Madic, mais il en a été autrement…
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Robert Guillaumont Académie des sciences, Institut de France
À mon ami Charles Madic
À gauche, Charles Madic aux cotés de Glenn Seaborg dans son bureau de Berkeley en Californie.