40 Sources de production et gestion du tritium produit par les installations nucléaires Le procédé bitherme faisant intervenir le couple eau-hydrogène, également utilisé pour la détritiation de l’eau lourde (prototype CIRCE à Hamilton, Canada), est basé sur le même principe d’échange catalytique que le procédé CECE, mais ne nécessite pas d’électrolyser le flux d’effluents tritiés à traiter. Son principe est basé sur le recyclage permanent d’un flux d’hydrogène au travers de deux colonnes de séparation couplées, comportant chacune une zone d’enrichissement et une zone d’appauvrissement et fonctionnant sous pression (50 bar), l’une à 170 °C, l’autre à 50 °C. Les risques liés à ce procédé (confinement, explosion) sont néanmoins beaucoup plus délicats à appréhender du fait que les équipements fonctionnent sous haute pression. Schéma de principe du procédé bitherme eau-hydrogène Enfin, le procédé Girdler-Sulphide [41], basé sur le même principe d’échange chimique, mais faisant intervenir cette fois l’eau et l’hydrogène sulfureux (HDS + H 2 O → H 2 S + HDO), est mis en œuvre sous une pression de l’ordre de 20 bar dans des colonnes de températures différentes. Ne nécessitant pas l’utilisation de catalyseur, ce procédé ne conduit pas à des installations de taille importante, mais engendre, toutefois, des risques élevés d’explosion et de perte de confinement liés aux pressions mises en œuvre, l’hydrogène sulfureux étant également très toxique et corrosif. Ceci semble rendre rédhibitoire l’extrapolation de ce procédé à une plus grande échelle. 5 1 7 Autres procédés De nombreux autres procédés de séparation du tritium ont été étudiés et sont encore en développement sans avoir franchi le stade industriel. Certains d’entre eux peuvent présenter des facteurs de séparation très élevés, mais ne peuvent être mis en œuvre, pour l’instant, que pour le traitement de très faibles quantités d’effluents tritiés [4] [34] : • séparation sur résines modifiées : ce procédé, développé par la société MSI [42], utilise des résines échangeuses d’ions sélectives fixant préférentiellement l’eau tritiée, ces résines devant toutefois être régénérées par chauffage à haute température (jusqu’à 150160 °C) dès saturation. L’eau tritiée présente dans les gaz ainsi produits est piégée sur des tamis moléculaires ou recondensée. Ces résines nécessitent également de purifier les solutions à traiter pour assurer des capacités d’adsorption correctes ; • séparation sur membranes perméables : ce procédé de séparation isotopique, développé notamment dans le cadre des recherches sur la fusion, nécessitent un fonctionnement en cascades ; • thermodiffusion : lorsqu’un mélange de dihydrogène gazeux (H 2 , HT, T 2 ) est placé dans un champ de température, les molécules de masses moléculaires les plus faibles (H 2 ) migrent vers la paroi chaude et celles ayant les masses les plus lourdes (T 2 ) migrent vers la paroi froide, créant ainsi un gradient de concentration (transport de matière lié aux forces intermoléculaires) ; • séparation isotopique par laser : procédé basé sur la photodissociation de molécules tritiées induite par laser ; • … 5 1 8 Conclusion sur l’évaluation des procédés de séparation et de récupération du tritium En résumé, aucun des procédés de séparation isotopique existants décrits ci-dessus, mis en œuvre à l’échelle pilote, voire pré-industrielle, n’a été conçu et exploité à une échelle et avec des performances visées comparables à celles requises pour le traitement des effluents liquides tritiés produits par les usines de traitement de combustibles usés et les réacteurs de type REP. En effet, ces procédés ont été conçus uniquement pour des flux limités (facteur d’échelle pouvant varier de 50 à 1000) et pour des concentrations en tritium élevées (au moins 1000 fois supérieures à celles des effluents des usines de traitement et des réacteurs nucléaires) et n’ont, pour la plupart, pas encore été qualifiés et éprouvés à l’échelle industrielle. L’application de ces procédés aux réacteurs et aux usines nécessiterait par conséquent le développement et la mise en œuvre d’équipements de tailles très importantes, associés à une très forte consommation d’énergie (distillation sous vide, électrolyse, prétraitement nécessaire pour atteindre un niveau de pureté suffisant des effluents à traiter…). De plus, ces procédés conduiraient à une augmentation notable des risques, liée notamment à l’augmentation de la concentration et de l’invenSchéma de principe du procédé CECE appliqué au cas de la détritiation de l’eau lourde
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