right|thumb|Les déchets HAVL sont les déchets ultimes les plus dangereux de l'énergie nucléaire. Les déchets de haute activité et à vie longue (HAVL) sont une catégorie de déchets nucléaires possédant : une activité de l'ordre de soit 1 térabecquerel par gramme, une durée de demi-vie supérieure à 31 ansCe qui place le césium 137 hors des produits à vie longue.

En fait, il n'existe pas dans l'industrie nucléaire de radioéléments même concentrés à 100% ayant la propriété d'avoir une activité atteignant 1 TBq/g et dont la période ou durée de demi-vie serait supérieure à 20 ans. La réglementation française, dans l’annexe du décret n° 2013-1304 du pris pour application de l'article L. 542-1-2 du code de l'environnement et établissant les prescriptions du Plan national de gestion des matières et des déchets radioactifs, définit la notion de haute activité (HA) en l'appliquant aux déchets dont « le niveau d'activité de ces déchets est de l'ordre de plusieurs milliards de becquerels par gramme », donc de quelques GBq/g. Elle ne fait pas référence à la notion de vie courte ou longue. Ceux-ci sont traités de la même manière. La notion de déchets à vie longue (définie dans le décret par « qui contiennent une quantité importante de radionucléides dont la période est supérieure à 31 ans ») n’est applicable juridiquement qu’aux déchets de moyenne activité dont « le niveau d'activité [...] est de l'ordre d'un million à un milliard de becquerels par gramme ». À l’ANDRA, il existe bien une filière MAVL (déchets de moyenne activité à vie longue), mais seulement une filière HA sans référence à la période.

Mais il est vrai que, malgré l’absence de sens juridique (et de filière à l’ANDRA), l’usage retient quand même l’expression déchets de Haute Activité à Vie Longue (HAVL). L’IRSN par exemple reprend cette appellation dans sa communication.. En effet, dans la pratique, il est bien difficile de séparer les différents radioéléments suivant leur période, en particulier parmi ceux dans les déchets ultimes après retraitement du combustible nucléaire. On trouvera donc parmi les déchets HA non seulement des radioéléments dont l’activité est très élevée (mais dont la période n’est pas très longue), mais aussi un certain nombre de radioéléments, en quantité plus ou moins importante, dont la période est telle qu’ils répondent à la notion de vie longue. C'est en ce sens et seulement en ce sens, que l'on peut parler de déchets HAVL, c'est-à-dire de « Haute Activité » et (dans les sens et/ou) « à  Vie Longue ».

Ces déchets sont produits lors du traitement du combustible nucléaire. Ils sont également appelés « déchets de type C », et parfois désignés comme les « cendres » du combustible nucléaire.

Les déchets de haute activité (HA) sont les plus dangereux des déchets nucléaires, du fait de la grande concentration de radioactivité qu'ils représentent : en France au , selon l'Inventaire national des matières et déchets radioactifs de l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra), ces déchets représentaient en volume 0,2 % des déchets radioactifs (soit en comptant les provenant de la recherche et de la Défense), mais rassemblaient 94,98 % de la radioactivité totale des déchets radioactifs produitsLes déchets de haute activité (HA), sur le site de l'Andra.. La concentration de radioactivité dans ces déchets est telle qu'ils sont une source importante de chaleur, dont il faut tenir compte pour leur conditionnement.

Les déchets à vie longue (VL) émettent pendant plusieurs siècles ou plusieurs millions d'années des rayonnements ionisants. Certains projets envisagent de les confiner pendant la durée nécessaire à leur décroissance, notamment par leur stockage en couche géologique profonde (parfois appelé enfouissement).

Le retraitement de ce type de déchets pourrait permettre de réduire le volume occupé par ces derniers, ou conduire à séparer les isotopes « à haute activité » (dont la vie est relativement courte) de ceux « à vie longue » (dont l'activité est nécessairement moindre).

Description

Cendres du combustible nucléaire Les déchets HAVL sont pour l'essentiel les « cendres » du combustible nucléaire. Ils sont constitués des produits de fission du combustible (137Cs, 90Sr-90Y, 99Tc, 126Sn, 93Zr, etc.), de résidus de plutonium ou d'uranium mal séparés lors du retraitement et des actinides mineurs formés par capture neutronique (241Am, 243Am, 244Cm, 237Np, etc.).

Ces déchets représentent un volume très faible, mais une très haute toxicité. Le stock mondial était d'environ en 2008Chiffre donné par Bernard Boullis du Commissariat à l'énergie atomique, lors du colloque de Nancy, organisé par l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra), pour préparer une conférence internationale annoncée pour 2010. La production française de déchets HAVL, issue de ses 58 réacteurs, est estimée à environ par an. Les déchets HAVL conditionnés en vue du stockage (c'est-à-dire en prenant en compte la masse due à la vitrification) sont eux estimés à par an, pour un volume de par an.

Si l'on prend le cas d'un pays industrialisé comme la France, où la production d'énergie nucléaire est importante, la production annuelle de déchets de toute nature est de l'ordre de trois tonnes par habitant, dont de déchets ménagers, de déchets chimiques toxiques et moins de de déchets radioactifs. Dans cette catégorie, les déchets A représentent et par habitant, les déchets B représentent et par habitant, et les déchets C - de haute activité et à vie longue - représentent et par habitant.

Durée de vie des déchets Les déchets dont les radionucléides ont une période inférieure à sont dits « à vie très courte ». Ces déchets sont gérés par simple décroissance radioactive Andra, rapport de Synthèse 2009, sur le site andra.fr.

La limite entre vie courte et vie longue est conventionnellement de , c'est-à-dire allant jusqu'à la période radioactive du césium 137 (). Il s’agit d’un produit de fission facilement mesurable, dont l'activité est dominante les premiers siècles, et qui est représentatif de la majorité des produits de fission contenus dans les déchets radioactifs : pendant le premier millénaire, leur radioactivité est divisée par dix tous les siècles.

La durée de demi-vie, ou période, est de 2,14 millions d'années pour le Neptunium 237La gestion des déchets radioactifs IRSN pour une activité de 26 MBq/g ce qui le place dans la catégorie des déchets de moyenne activité et vie longue (MAVL).

Cependant, un déchet n’est pas affecté à une catégorie en fonction de son activité et de sa période mais en fonction de sa filière de gestion. Les produits de fission à vie courte incluent également les traces de samarium 151, qui représente 0,25 % des produits de fission et dont la demi-vie est de , mais son caractère marginal ne le rend dominant que transitoirement, entre 500 et .

Composition

À sa sortie d'un réacteur nucléaire, le combustible nucléaire irradié est un mélange de trois constituants : les produits de fission, résultant de la fission d'un élément (un noyau) fissile : chaque noyau de matière fissile subissant une fission nucléaire se casse en deux (exceptionnellement trois) morceaux, qui se stabilisent sous forme de nouveaux atomes. Ce sont les « cendres » de la réaction nucléaire, qui constituent des déchets nucléaires ultimes ; les actinides créés à partir du combustible nucléaire initial par capture neutronique successive ; le combustible nucléaire initial, qui n'a pas encore réagi. Le combustible usé d'un gros réacteur à eau pressurisée de électrique contient en décharge annuelle : d'uranium enrichi à 0,9 %, de plutonium, de produits de fission et d'actinides mineurs. Parmi ces , on retrouve de neptunium, d'américium et de curiumD'après Les actinides, La radioactivité.com.. Les proportions entre ces trois constituants varient suivant la filière nucléaire, mais dans tous les cas, le combustible nucléaire initial reste largement majoritaire, et la production d'actinides mineurs est faible par rapport à celle des produits de fission et du plutonium.

Décroissance radioactive thumb|Phases de décroissance de la radioactivité des combustibles usés. D'une manière générale, un isotope radioactif présente une activité massique d'autant plus grande que sa demi-vie est brève. Les matières très radioactives ne le sont que pendant un temps relativement faible, et la radioactivité de vie longue (à échelle géologique) ne peut atteindre que des niveaux de radioactivité relativement faibles. D'autre part, au bout d'un certain temps de refroidissement, la radioactivité d'un mélange comme les produits de fission est dominée par les radioisotopes dont la demi-vie est de l'ordre de grandeur de ce temps de refroidissement : les radioisotopes dont la demi-vie est significativement plus courte se sont désintégrés plus rapidement, et leur niveau de radioactivité résiduel est négligeable ; et ceux dont la demi-vie est significativement plus longue sont moins radioactifs, et leur niveau de radioactivité est noyé par celui des éléments plus actifs.

Les produits de fission ayant un comportement à long terme très différent de celui des actinides, la gestion à long terme des déchets HAVL se présente de manière très différente suivant que les actinides ont été ou non séparés.

Produits de fission

Actinides La radioactivité des actinides reste comparativement importante pendant des durées beaucoup plus longues, du fait de la demi-vie importante à l'échelle humaine du Pu 240 () et du Pu 239 (), et de quelques autres actinides mineurs présents en moindre quantité (américium 242 et 243, curium 245, 246 et 250, californium 249 et 251, etc.). Le Pu 242 a une durée de vie beaucoup plus longue que les précédents (373 000 ans). Il n'est pas fissile en neutrons thermiques. Le recyclage successif du plutonium en réacteur tend donc à accumuler le plutonium sous cette forme très peu fertile.

Ces actinides sont souvent fissiles ou fertiles, et les réutiliser dans des éléments combustibles est une solution qui présente à la fois l'avantage de valoriser leur potentiel énergétique, et de faciliter la gestion des déchets. Il augmente cependant les risques de pollution radioactive irréversible en cas d'incident.

Le problème des actinides dans la gestion des déchets HAVL est un argument fort pour le cycle du thorium 232, qui présente l'avantage de ne pratiquement pas créer d'actinides de nombre de nucléons supérieur à 238.

Migrations dans les nappes aquifères

Quel que soit l'emballage retenu pour les déchets de haute activité, l'intégrité du conditionnement ne pourra pas résister au-delà de quelques milliers d'années.

Au-delà, les différents radioisotopes sont susceptibles d'être entraînés par les nappes aquifères, dans la mesure où ils sont solubles. Inversement, les radioisotopes insolubles, précipités ou chélatés dans les conditions géologiques de l'enfouissement ne migrent pas (ce que démontre le réacteur nucléaire naturel d'Oklo), et n'auront une incidence sur l'environnement qu'en cas d'érosion de la strate d'enfouissement, ce qui correspond à des durées de plusieurs dizaines de millions d'années si le site est correctement choisi (voir ci-dessous).