Chimie et nucléaire : radionucléides et matière radioactive

Depuis la découverte du radium, la radioactivité fascine autant qu’elle inquiète. Aujourd’hui, l’énergie nucléaire reste un enjeu majeur pour produire chaleur et électricité dans le monde. Mais derrière chaque réacteur, chaque combustible et chaque traitement de déchet, il y a une discipline indispensable : la chimie.

Tout ce qui touche à la radioactivité, naturelle ou artificielle, a toujours été d’actualité depuis l’utilisation du radium en raison des effets redoutés ou bénéfiques des rayonnements nucléaires. La chimie/radiochimie est indispensable pour utiliser les spécificités qu’offrent les phénomènes nucléaires (rayonnements ionisants et phénomène de fission ou de fusion) et pour gérer les conséquences de leur mise en œuvre. La matière radioactive extraite des minerais d’uranium et de thorium et produite par irradiation ou par fission (accélérateurs et réacteurs nucléaires) est disponible en quantités suffisantes pour être largement exploitée.

Cette conférence montrera pourquoi, sans chimie, il n’y a pas d’utilisation possible de l’énergie contenue dans les noyaux des atomes. Elle s’articulera autour de quatre grands thèmes :

• De nouveaux radionucléides pour le diagnostic et la thérapie en médecine nucléaire.
• La chimie au cœur de la fusion d’un réacteur et ses impacts environnementaux.
• La chimie pour le retraitement du combustible nucléaire solide usé (recyclage du plutonium et uranium, déchets vitrifiés).
• La chimie des combustibles nucléaires liquides (sels fondus).

Cette conférence est organisée par :

Robert Guillaumont, membre de l'Académie des sciences, membre de l'Académie des technologies, professeur honoraire à l'université Paris XI-Orsay (aujourd'hui université Paris-Saclay)

Marc Fontecave, membre de l'Académie des sciences, président de conseil scientifique d'EDF, directeur de recherche au CNRS et professeur au Collège de France

Olivier Donard, membre de l'Académie des sciences, directeur de recherche émérite au CNRS, Université de Pau et des Pays de l'Adour.

[PROGRAMME PROVISOIRE]

13h30 - Ouverture des portes

14h00 - 14h05 - Mot d’accueil
Étienne Ghys, secrétaire perpétuel de l'Académie des sciences

14h05 -14h15 - Introduction
Robert Guillaumont et Marc Fontecave

14h15 -14h50 - Utilisation de nouveaux radionucléides en médecine nucléaire
Emmanuel Durand, professeur à l’université Paris-Saclay, chef du service de médecine nucléaire du CHU Paris-Saclay, coordonnateur national du DES de médecine nucléaire
La médecine nucléaire consiste à administrer des molécules marquées à des fins de diagnostic (imagerie moléculaire) ou de thérapie (irradiation ciblée). Ce domaine est en plein essor et de nouveaux radionucléides sont en voie d’être utilisés. Pour cela, il faut croiser leurs propriétés physiques, adaptées à l’imagerie et à la thérapie, et leurs propriétés chimiques, permettant de les combiner à des molécules vectrices adaptées au ciblage de différents mécanismes biologiques. Le cas de radionucléides comme le Pb-212 (séparé du thorium), l’At-211 ou l’Ac-225 (synthétisés au cyclotron) seront abordés.

14h50-15h25 - Chimie dans la fusion accidentelle d’un cœur de réacteur nucléaire et remédiation de l’environnement
Bernd Grambow, professeur émérite à l’IMT Atlantique de Nantes, ancien directeur de Subatech.
L’accident de Fukushima a dispersé des radionucléides formés dans le cœur des réacteurs nucléaires au moment de leur fusion et a produit des tonnes de corium encore sur place. La remédiation du site et des espaces contaminés passe par la décontamination des eaux radioactives avant leur rejet dans l’océan. On ne connait pas encore la composition du corium ni comment le prendre en compte comme déchet de haute activité.

15h25-16h00 - Du Purex à Pumas pour recycler le plutonium français (et l’uranium)
Stéphane Grandjean, directeur de recherche au CEA, adjoint au chef de programme cycle nucléaire - domaine traitement (CEA Paris-Saclay).
Le multi-recyclage du plutonium dans les prochains EPR puis dans les réacteurs à neutrons rapides (RNR) nécessite de retraiter les assemblages de combustibles usés. Le procédé Purex, utilisé depuis l’extraction du plutonium pour des applications militaires après le projet Manhattan, a permis de retraiter des milliers de tonnes des combustibles usés UOX courants des REP. Pour retraiter le MOX usé des REP, et a fortiori le MOX usé des RNR, encore plus riches en Pu, le procédé Pumas basé sur un principe de séparation simplifié (i.e. sans redox du plutonium) est en cours de développement et reste à industrialiser pour contribuer à la relance du nucléaire français.

16h00-16h35 - La chimie, un incontournable des réacteurs nucléaires à sels fondus.
Sylvie Delpech, directrice de recherche au CNRS, au Laboratoire de physique des 2 infinis - Irène Joliot-Curie (IJCLab - CNRS/Université Paris Saclay)
et Elsa Merle, professeure à l’Institut polytechnique de Grenoble, au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC – CNRS/Université Grenoble Alpes)
Quelques réacteurs historiques ont fonctionné aux États-Unis avec un combustible nucléaire liquide, mélange de fluorures de U, Pu ou Th. De ce combustible, on pourrait quasiment épuiser le potentiel énergétique de fission de l’uranium naturel aujourd’hui très limité et compliqué. Plusieurs projets de SMR à neutrons rapides à combustible sels fondus sont à l’étude. Mais la chimie des produits de fission et des actinides dans ces milieux est largement inconnue.

16h35-16h45 - Conclusion
Olivier Donard

[PROGRAMME PDF]

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