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DEM’N’MELT : une solution pour traiter et conditionner les déchets sur leur lieu de production

Soutenu par le programme d’Investissements d’avenir et accompagné par l’Andra, le projet DEM’N’MELT* visait à développer une solution simple et robuste pour traiter directement sur leur site de production certains déchets très radioactifs de démantèlement. Achevé en 2020, le projet a vu naître un démonstrateur qui permet le traitement et le conditionnement de déchets pour produire des colis répondant aux exigences de sûreté en vue de leur entreposage et de leur stockage.

Plateforme DEM&MELT
© Y. Audic, CEA.

Lors du démantèlement d’installations nucléaires, la manipulation et le conditionnement de certains déchets radioactifs peuvent être complexes. C’est par exemple le cas des déchets provenant d’équipements ayant servi à retraiter le combustible nucléaire usé, notamment les fonds de cuves de stockage de produits de fission, les dépôts de boues provenant du traitement d’effluents contaminés, etc. Ces déchets relèveraient des catégories des déchets de haute activité (HA) ou de moyenne activité à vie longue (MA-VL). 

Afin de répondre à cet enjeu et améliorer la sûreté des opérations de démantèlement, le projet DEM’N’MELT a conçu un procédé innovant de vitrification directement sur le lieu de production des déchets. Il consiste à transformer les déchets en matière vitreuse dans un four de faible encombrement où ils sont portés à haute température puis refroidis.

Trois partenaires ont travaillé sur ce projet : le CEA, ECM Technologies et Orano. Le CEA, dont les laboratoires travaillent depuis de nombreuses années sur les technologies de vitrification, a coordonné le projet et travaillé sur l’identification des déchets à traiter et la formulation du verre. ECM Technologies, opérateur industriel qui développe des fours de métallurgie, a conçu le four. Orano a défini les fonctions de base du démonstrateur avec le CEA, assuré la sûreté et mené les études de nucléarisation du procédé, ainsi que le design de l’unité industrielle. 

Une solution de vitrification très compétitive

Vitrification

Le procédé DEM&MELT, qui se distingue notamment de la vitrification industrielle actuellement utilisée pour conditionner les déchets HA issus des opérations de retraitement du combustible usé (lire encadré), est dérivé d’une solution initialement développée pour conditionner des effluents radioactifs de la défense nationale. 

Dans la solution DEM&MELT, un conteneur métallique est rempli avec un mélange composé de déchets radioactifs et d’un adjuvant qui va permettre la vitrification des déchets. Le mélange est ensuite vitrifié à haute température dans un four équipé d’un système de chauffage multizones. Tous les éléments radioactifs susceptibles de se volatiliser pendant le processus sont renvoyés à l’intérieur du conteneur grâce à un système de traitement des gaz performant. 

« Le verre créé par le traitement thermique piège la radioactivité et empêche les radionucléides de s’échapper. Et grâce à sa grande stabilité, le verre peut assurer un confinement de la radioactivité sur des temps très longs », explique Maxime Fournier, chef de projet R&D au CEA.

Compact et pensé pour être modulaire, le four de vitrification peut être déployé au plus près des zones de production des déchets, à un coût d’investissement et de fonctionnement très compétitif. « DEM&MELT est pensé comme un véritable outil de démantèlement et il est destiné à être lui-même démantelé sur place après avoir traité les déchets d’un site », précise Benjamin Frasca, en charge du suivi du projet à l’Andra.

Un prototype à taille réelle

Four DEM&MELT ouvert avec un conteneur à l'intérieur

Le projet a démarré en juillet 2016 et s’est déroulé pendant quatre ans, en deux phases. La première, sur 18 mois, a permis de mettre au point le procédé et de le tester à partir d’un déchet de référence et d’un adjuvant adapté pour le vitrifier. Pendant la seconde, qui a duré 30 mois, un prototype a été construit à taille réelle pour réaliser des essais de vitrification et préciser la composition et la durabilité de la matrice vitreuse. « Le démonstrateur a permis de tester en toute sécurité les fonctions associées à la haute température et au maniement des déchets », ajoute Benjamin Frasca.

Le projet DEM’N’MELT s’est achevé en 2020. Les partenaires du projet espèrent commercialiser le procédé en France et à l’étranger auprès d’opérateurs d’installations nucléaires en démantèlement.

 

(*) DEM’N’MELT est le nom du projet / DEM&MELT le nom du procédé développé

 

Qu’est-ce que la vitrification ?

La vitrification est un procédé qui est notamment utilisé en France pour traiter les déchets de haute activité (HA) issus de retraitement du combustible usé. 

En résumé, le déchet est alimenté dans un four de fusion avec de la fritte de verre. Le mélange est porté à haute température avant que le verre élaboré ne soit coulé dans un colis en inox. Ces colis de déchets sont ensuite entreposés dans l’attente de leur stockage définitif (projet Cigéo). 

La vitrification des déchets permet de les emprisonner dans un matériau durable capable de confiner la radioactivité sur de longues périodes.
 

29 projets innovants pour la gestion des déchets radioactifs

L’appel à projets lancé par l’Andra et l’ANR dans le cadre du programme Investissements d’avenir a pour but de faire émerger des solutions innovantes pour optimiser, en amont du stockage, la gestion des déchets radioactifs, en particulier ceux issus du démantèlement des installations nucléaires. 29 projets sont soutenus dans ce cadre. Ils portent sur quatre thématiques : la caractérisation des déchets, leur tri et traitement, les nouveaux matériaux de conditionnement, et enfin un volet sciences sociales sur l’innovation et la société.

Le procédé DEM&MELT lauréat du grand prix Sfen 2022

Les prix de la Société française d'énergie nucléaire (Sfen) récompensent chaque année des travaux, des études, des mémoires ou d’autres contributions traitant de l’énergie nucléaire, de ses applications industrielles et de la sûreté.

Lors de l'édition 2022, le procédé DEM&MELT a remporté le grand prix, la sfen soulignant que le procédé « permet d’atteindre des taux d’incorporation en déchets importants. Il réduit considérablement le volume de déchets. »

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