Les rejets radioactifs des installations nucléaires

par Claude SEYVE, membre du GR21, Groupe de Réflexion Énergie/Environnement du XXI^è siècle qui réunit, au sein de la Société Française d’Energie Nucléaire (SFEN), des cadres retraités aux multiples compétences qui réfléchissent en commun et en toute indépendance aux questions relatives à l’énergie et à l’environnement.

Comme toute industrie, et à vrai dire comme toute activité humaine, l’industrie nucléaire génère des sous-produits gazeux, liquides ou solides qui ne peuvent, dans l’état actuel des technologies disponibles, donner lieu à valorisation. Ainsi le fonctionnement normal d’une installation produit des effluents : certains sont traités par concentration et mis sous forme de déchets solides qui sont conditionnés, entreposés et en définitive stockés. D’autres ne peuvent qu’être traités, filtrés, dilués et contrôlés avant dispersion dans l’environnement : ce sont les rejets
Les conditions de rejet sont rigoureusement réglementées et contrôlées de manière à garantir un très faible impact sur l’environnement et une parfaite innocuité sanitaire, en tenant compte, en particulier, dans la chaîne alimentaire, de phénomènes possibles de concentration par certaines espèces. Dans ce qui suit, nous ne nous intéresserons qu’aux rejets d’éléments radioactifs.

Les principaux radio-éléments rejetés

En fonctionnement normal, les installations nucléaires rejettent en quantités significatives trois éléments radioactifs : le krypton 85 (l’usine de retraitement de La Hague essentiellement), le tritium et le carbone 14. Tous les autres radioéléments rejetés n’ont qu’une incidence marginale par rapport à eux.

Le krypton 85 est un gaz rare émetteur bêta gamma de 10,7 ans de période. C’est un produit de fission qui est retenu dans l’élément combustible et qui est libéré sous forme gazeuse à l’occasion du du retraitement.
Etant un gaz rare, le krypton est inerte et n’entre que dans de très rares cas dans des combinaisons chimiques avec d’autres éléments. Il n’interfère pas avec les tissus vivants (végétaux, animaux, corps humain) et peut donc être déchargé de façon contrôlée dans l’atmosphère⁽¹⁾.

Le tritium est un isotope radioactif de l’hydrogène, émetteur béta de très faible énergie (sans gamma associé) d’une période de 12,3 ans. On le retrouve dans les effluents sous forme d’eau tritiée (T-O-H) et de gaz (T-H). L’eau tritiée se dilue très aisément dans l’eau naturelle qui a les mêmes caractéristiques chimiques et peut être rejetée de façon contrôlée dans les fleuves ou les courants marins⁽²⁾ .

Le carbone 14 est un émetteur bêta d’une période de 5730 ans. Il est formé en réacteur par réactions de neutrons sur l’azote et l’oxygène contenus dans les combustibles, dans l’eau du circuit primaire et dans certains circuits à l’état de combinaisons chimiques (oxydes, nitrates, nitrures...)
Contrairement au krypton, le carbone 14 peut aisément entrer dans des combinaisons en particulier avec les matières organiques, les conditions de son rejet doivent donc être très précisément contrôlées et limitées⁽³⁾.

Les rejets radioactifs des centrales REP

Les effluents des centrales sont collectés, triés, traités suivant différents procédés qui permettent d’en recycler la majeure partie et de n’en rejeter qu’une très faible proportion, en conformité avec les prescriptions réglementaires.

À titre d’exemple, pour les centrales nucléaires, l’activité moyenne liquide rejetée par réacteur (hors tritium et carbone 14) est de 1 GBq par an, à comparer aux 3000 GBq des déchets de basse activité envoyée annuellement au centre de stockage de l’Aube. Ainsi, chaque fois qu’il est possible, l’activité véhiculée par les circuits d’eau des centrales est concentrée dans les déchets solides (par exemple des résines échangeuses d’ions pour le traitement des eaux de la centrale).

Entre 1985 et 2000, des améliorations constantes ont été apportées pour diminuer les rejets des centrales nucléaires par le traitement à la source, le développement de procédés d’exploitation spécifiques et l’amélioration des installations en fonction de l’expérience acquise. Ces actions ont permis de diminuer les activités rejetées d’un facteur 180 pour les centrales nucléaires du palier 1300 MW et 100 pour les centrales nucléaires du palier 900 MW.

Les rejets moyens par réacteur étaient les suivants en 2002 et 2003 (source EDF : rapport "Nucléaire et Environnement" 2002-2003).

	2002	2002	2003	2003
REJETS LIQUIDES	900 MW	1300 MW	900 MW	1300 MW
Iodes (GBq/an)	0,010	0,014	0,009	0,008
Carbone-14 (GBq/an)	10,8	15,6	10,6	16,2
Tritium (TBq/an)	10,5	25,3	10,2	24,1
Autres radioéléments (GBq/an)	0,6	0,9	0,5	0,6

 

	2002	2002	2003	2003
REJETS GAZEUX	900 MW	1300 MW	900 MW	1300 MW
Gaz rares (TBq/an)	1,8	1,4	0,9	2,2
Carbone 14 (TBq/an)	0,14	0,21	0,14	0,22
Tritium (TBq/an)	0,24	1,06	0,22	1,18
Iodes (GBq/an)	0,028	0,07	0,024	0,040
Autres (GBq/an)	0,003	0,005	0,003	0,004

 

Les limites de rejet ont été fortement réduites pour les sites dont les arrêtés d’autorisation ont été renouvelés⁽⁴⁾ : par exemple en ce qui concerne les rejets liquides, les limites pour les radioéléments hors iode, carbone 14 et tritium sont passées de 375 à 15 GBq/an pour les 900 MW et de 550 à 12,5 GBq/an pour les 1300 MW. Ces réductions ont été imposées par les Autorités non en raison de la dangerosité des précédentes limites mais parce que la pratique montrait qu’il était sans inconvénient notable pour les exploitants de les abaisser.
L’impact radiologique sur les populations les plus exposées vivant autour d’une centrale est inférieur à 0,01 mSv/an, à comparer à un niveau moyen d’irradiation naturelle en France de 2,4 mSv/an.

Les rejets radioactifs de l’usine de retraitement de La Hague

Les effluents gazeux radioactifs

Les effluents gazeux proviennent des appareils de procédé et accessoirement de la ventilation des ateliers. C’est principalement au niveau du cisaillage et de la dissolution que sont récupérés les produits de fission gazeux, radioactifs ou non, contenus dans les éléments combustibles usés. On y trouvera donc tout le krypton 85 et une partie du tritium, carbone 14 et iode 129⁽⁵⁾ (le restant de ces trois radioéléments étant sous forme liquide).
Ces effluents gazeux subissent divers traitements successifs d’épuration en fonction de la nature physico-chimique des éléments :
- La majeure partie du tritium est piégée sous forme d’eaux tritiées dont nous verrons les conditions de rejet.. Seule une très faible fraction du tritium est évacuée sous forme de vapeur d’eau tritiée.
- Le carbone 14 est absorbé en partie par des solutions sodiques qui sont ensuite diluées dans les eaux tritiées.
- L’iode 129 est absorbée à plus de 96 % par des solutions sodiques qui sont également diluées dans les eaux tritiées.
L’essentiel de la partie résiduelle gazeuse est ensuite absorbé dans des filtres à iode composés de zéolithe et de nitrate d’argent.
Les aérosols sont stoppés par des filtres à très haute efficacité, chaque filtre ayant une efficacité de 99,9 % (généralement il y en a trois en série). Les faibles rejets résiduels sont constitués essentiellement de ruthénium.
Le krypton 85 dont l’impact radiologique est très faible ne subit aucun traitement particulier.

La majeure partie des effluents radioactifs gazeux est rejetée par des cheminées d’une hauteur de 100 m de manière à favoriser la dispersion atmosphérique et donc d’en réduire l’impact. Le débit et la radioactivité des rejets sont contrôlés en permanence par des mesures automatiques en continu et par des mesures différées effectuées en laboratoire sur des prélèvements continus. Ces mesures sont effectuées indépendamment par l’exploitant et par les Autorités de Sûreté.

En 2002, les rejets gazeux ont été les suivants :

REJETS GAZEUX	Activité rejetée	% autorisation
Tritium (TBq)	63,2	2,9%
Halogènes (GBq)*	5,42	4,9%
Aérosols (MBq)**	109	0,1%
Autres (TBq)***	245 000	51,1%

*Principalement Iode 129
**Principalement RuRh 106
***Principalement Krypton-85 et Carbone-14 (16,9 TBq)
 

Les effluents liquides radioactifs

Lorsque leur niveau d’activité le justifie, les effluents liquides produits par les différents ateliers subissent des traitements chimiques dans les stations de traitement des effluents, afin de les décontaminer et de les neutraliser (les traitements varient en fonction de la nature des effluents).Il convient de souligner que la radioactivité émane essentiellement des impuretés présentes dans les effluents, impuretés qu’il est facile de précipiter au moyen de traitements appropriés et de piéger sous forme de déchets solides soumis eux-mêmes à des conditionnements ultérieurs. Les effluents sont ensuite filtrés et contrôlés avant d’être rejetés en mer, dans le cadre des autorisations en vigueur, par une canalisation dont la partie terrestre souterraine a une longueur de 2500 mètres et la partie sous marine une longueur d’environ 5000 m. Les rejets sont effectués dans le « Raz Blanchard », un des plus forts courants d’Europe qui favorise la dispersion marine⁽⁶⁾.

Chaque rejet est réalisé après analyse de prélèvements représentatifs sous le contrôle du service de prévention et de radioprotection de l’établissement. Les volumes et quantités rejetés figurent sur régistre mensuel qui est envoyé à la Direction Générale de la Sûreté Nucléaire et de la Radioprotection (DGSNR) et sont accessibles sur les « bornes Internet » qu’on peut consulter à Cherbourg.

Les quantités rejetées en 2002 ont été les suivantes :
 

REJETS LIQUIDES	Activité rejetée	% autorisation
Tritium (TBq), I	11 900	32,2%
Autres (TBq)*	23,3	1,4%
Emetteurs alpha (TBq)	0,039	2,3%
Cs137 + Sr 90 (TBq)	1,42	0,7%

*dont (en TBq) :

RuRh 106	11,3	SrY90	0,9	Uranium	0,0046
Sb125	0,51	Tc99	0,14	Pu238	0,0083
Cs137	0,96	C14	7,85	Pu239+240	0,0048
Co60	0,38	I129	1,33	Am24111,3	0,014

 

Des efforts continus sont faits, tant dans les méthodes d’exploitation que dans l’amélioration des procédés, pour minimiser les rejets. La courbe suivante montre les progrès réalisés. Hormis le tritium, dont la quantité rejetée est pratiquement fonction de la quantité de combustible retraitée, les rejets ont fortement diminué depuis le démarrage de l’usine malgré l’augmentation des quantités traitées (courbe grise à lire sur l’échelle de droite). Leur niveau est aujourd’hui de l’ordre du centième de ce qui est autorisé.

L’impact des rejets

Les rejets liquides et gazeux se dispersent dans l’environnement. Le transfert vers l’homme intervient selon deux compartiments de l’écosystème :
- le milieu marin
- le milieu atmosphérique et terrestre

Pour le milieu marin, la majorité de l’impact sur l’homme est attribuable à l’ingestion des produits de la mer. Pour le milieu atmosphérique et terrestre, il s’agit de l’ingestion d’aliments (végétaux, lait, viande) contenant des éléments assimilables par le sol et la végétation. Les gaz rares, qui ne sont pas assimilables, sont dispersés sans impact appréciable.

L’environnement marin et terrestre est l’objet d’un grand nombre de contrôles (25 000 échantillons sont analysés chaque année), concernant en particulier les eaux côtières, les algues, les mollusques et poissons pour le milieu marin, les eaux de surface, l’herbe et le lait pour le milieu terrestre.

Ces contrôles conduisent à déterminer un impact des rejets inférieur à 0,03 mSv/an⁽⁷⁾ . Ceci est à comparer à l’équivalent de doses reçues pour chaque individu du fait de la radioactivité naturelle en France qui est de 2,4 mSv/an en moyenne (elle varie suivant les zones de 1,5 à 6 mSv/an).

La réglementation française en vigueur limite à 1 mSv/an pour le public la dose ajoutée par la radioactivité artificielle générée par les installations industrielles. Les autorisations de rejet de La Hague, telles que fixées par les arrêtés ministériels de 1980 et 1995, conduiraient à une dose individuelle maximale d’environ 0,15 mSv/an pour la catégorie de population la plus exposée.

Divers groupes de travail se sont penchés sur l’impact des activités de La Hague :

- Les ministères chargés de la santé et de l’environnement ont mis en place un groupe de travail (groupe radio-écologie Nord Cotentin). Outre le réexamen des modalités de calcul d’impact dosimétrique qui a permis de définir une méthodologie conservative et reconnue, ce groupe a été chargé par le gouvernement d’estimer le nombre de cas de leucémie théoriquement attribuable aux différentes sources d’exposition aux rayonnements ionisants chez les jeunes de 0 à 24 ans pour le canton de Beaumont Hague sur la période 1978 1996. Les résultats se décomposent la façon suivante :

Installations nucléaires	0,0020 cas
Sources naturelles	0,62 cas
Sources médicales	0,20 cas
Tchernobyl, retombées des essais nucléaires etc.	0,01 cas
TOTAL	0,83 cas

 

Cet important travail, qui a duré environ deux ans, a réuni près de 50 experts français étrangers et associé des représentants d’organisations anti-nucléaires, permet aujourd’hui d’affirmer que le risque de leucémie attribuable à l’exposition aux rejets radioactifs de l’usine a été de l’ordre de 2/1000e de cas pour la période 1978-1996. Depuis 2000 le groupe a repris ses travaux afin de calculer l’incertitude de ces résultats et d’évaluer l’impact des rejets chimiques de l’usine.<

- Réalisée pour le compte de la Direction Générale de l’Environnement de la Commission Européenne, l’étude MARINA II, rendue publique en 2002, fournit des informations sur tous les rejets de radionucléides en mer du Nord quelle que soit leur origine.

L’étude montre que les rejets sont en baisse constante dans la région depuis vingt-cinq ans. Les doses proviennent aujourd’hui très majoritairement des rejets de l’industrie des phosphates et des plates-formes pétrolières et gazières de la mer du Nord. L’origine de la dose collective annuelle dans la zone Atlantique nord-est est la suivante (doses exprimées en hommexSv/an).

Origine	Maxi historique	En 2000
Nucléaire	280 (1978)	14
Engrais pétrole gaz	600 (1984)	195
Tchernobyl	22 (1986)	0,5
Essais nucléaires	43 (1964)	7
Naturel d’origine marine	17 000	17 000
Total bruit de fond naturel	844 000	844 00

 

La réglementation

Comme on l’a vu, les rejets des installations nucléaires n’ont qu’un impact très réduit sur l’environnement, les doses reçues étant inférieures au centième de celles dues à l’irradiation naturelle. Ceci est dû principalement aux efforts constants des exploitants pour minimiser les rejets.
Pour fixer des normes de rejet, deux approches existent :

L’approche sanitaire

Le critère déterminant est celui de la santé des populations. Dès lors que les quantités de radioactivité rejetées par les installations ne représentent aucun danger pour les individus, il est parfaitement inopérant de fixer à ces rejets de nouvelles limites encore plus sévères alors même que les limites aujourd’hui autorisées sont déjà très en deçà du seuil de dommages sanitaires. Cette approche est privilégiée par les exploitants des installations mais également par la grande majorité des radio-protectionnistes. Elle n’empèche pas, comme l’expérience le montre, les efforts de minimalisation des rejets.

L’approche technologique

Au-delà du critère de la santé des populations une autre exigence est proclamée : celle de parvenir à des rejets radioactifs aussi bas que le permettent les meilleures technologies possibles disponibles à coût économiquement acceptable. Le repère déterminant pris en compte est celui des quantités réelles de radioactivité rejetées aujourd’hui par une installation nucléaire compte-tenu des progrès observés. Les nouvelles limites autorisées doivent se rapprocher de ces valeurs réelles. Peu importe si les niveaux ainsi fixés sont très inférieurs à ceux que nécessiterait la protection de la santé des populations. Cette approche est privilégiée par l’Autorité de Sûreté Nucléaire française.

Chacune de ces approches a sa cohérence ; cependant un danger existe en matière de communication : par exemple, mal ou insuffisamment expliqué, l’abaissement des limites induit dans le public le sentiment que les anciennes limites étaient insuffisantes donc dangereuses . Par ailleurs l’abaissement des limites de rejet décidé par les autorités accroît le risque de dépassement de ces limites lors de certains dysfonctionnements ou incidents mineurs alors même que ces dépassements n’entraîneraient aucun risque radiologique pour les populations. Mais le public retiendra qu’il y a eu dépassement et donc conséquence sanitaire. L’exemple des difficultés de communication à l’occasion des dérogations de température d’eau accordées à certaines centrales électriques pendant l’été 2003 témoigne de ce type de problème.

Le contexte réglementaire actuel

Chaque installation nucléaire fait l’objet d’un décret d’autorisation de création et d’un certain nombre d’autorisations lui permettant de fonctionner. Parmi ces autorisations certaines concernent les rejets d’effluents (liquides et gazeux).
Jusqu’en 1995 les prélèvements d’eau et les rejets d’effluents non radioactifs étaient autorisés par arrêtés préfectoraux pour une durée déterminée tandis que que les rejets d’effluents radioactifs faisaient l’objet d’arrêtés interministériels sans durée de validité.
En application de la loi sur l’eau du 3 janvier 1992, le décret 95-540 du 4 mai 1995, permet qu’une seule autorisation, prise par arrêté interministériel couvre les prélèvements d’eau ainsi que l’ensemble des rejets d’effluents radioactifs et non radioactifs. Ce décret visait initialement les nouvelles installations nucléaires ; son application a cependant été élargie aux installations existantes dont les arrêtés préfectoraux arrivent à échéance.

À ce jour ces arrêtés interministériels ont renouvelé les autorisations de prélèvements d’eau et de rejets d’effluents d’un certain nombre de centrales nucléaires et d’usines du cycle du combustible.

Par rapport aux prescriptions précédentes ils apportent une évolution sur trois points :
- Ils réglementent l’ensemble des rejets d’effluents liquides ou gazeux radioactifs ou non ainsi que les prélèvements d’eau.
- Les valeurs limites autorisées ont été très sensiblement baissées. C’est « l’approche technologique ».
- Les rejets des substances chimiques classiques présentes dans les effluents radioactifs ont été plus complètement réglementés.

DOCUMENTATION :

 

- Rapport environnement de la Hague disponible ainsi que de nombreux documents relatifs aux rejets : http://www.cogema.fr
- Effluent release options from nuclear installations OCDE/AEN, 2003 : http://www.nea.fr
- Publication ASN sur les rejets d’effluents : Contrôle n° 137 : http://www.asn.gouv.fr
- Etude MARINA II : http://europa.eu.int/comm /environment/radprot
- SENES consultants Ltd : Assessment of marine biota doses arising from the radioactive discharge of the COGEMA La Hague facility.

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(1) Du krypton 85 se forme naturellement dans la haute atmosphère par action des rayons cosmiques à raison de 0,4 TBq (térabecquerels) par an, de sorte qu’il y en a naturellement environ 1,2 Bq/m³ dans l’air.

(2) À noter que le tritium existe à l’état naturel. Il résulte de l’interaction des rayons cosmiques avec l’hydrogène dans la haute atmosphère et est donc présent dans l’eau des rivières ainsi que dans l’eau de mer. Le stock naturel de tritium dans la biosphère est d’environ 27 millions de térabecquerels ; on en trouve en particulier dans l’eau de mer à raison d’environ 100 Bq/m³. La faible nuisance du tritium est due à la faiblesse de l’énergie de ses électrons béta et à sa courte période biologique. Il faut incorporer plus de 55 millions de Becquerels sous forme eau ou vapeur pour recevoir une dose de 1 mSv.

(3) Le carbone 14 se forme naturellement dans la haute atmosphère par réaction neutronique sur l’azote 14 (réaction dite (n,p). Il s’en forme ainsi environ 1000 TBq chaque année et l’inventaire est de 140.000 TBq dans l’atmosphère, ce qui permet de l’utiliser pour la datation d’objets contenant du carbone (généralement du bois).

(4) Cf. paragraphe « Réglementation »

(5) Le retraitement ayant lieu quelques années après la sortie des combustibles usés du réacteur, il n’y a plus d’isotopes à vie courte de l’iode (I-131, I-132, I-133) ; le seul isotope de l’iode restant est l’I-129, relativement abondant, de période 15,7 millions d’années, dont l’activité est donc très faible.

(6) Cette dispersion est favorisée également par les caractéristiques physicochimiques des élément rejetés : C’est ainsi que l’eau tritiée se dilue aisément dans l’eau de mer et que l’I-129 se trouve mélangé à des quantités considérables d’iode naturel.

(7) Un impact se calcule sur un « Groupe de référence », groupe de population qui, par son type d’habitat, son mode de vie et son lieu de résidence, est censé représenter le groupe le plus exposé aux effets des rejets liquides et gazeux ; pour La Hague, il y a en fait deux groupes de référence, l’un constitué de pêcheurs proches du point de rejet et l’autre constitué d’agriculteurs sous le vent dominant des cheminées de rejet.