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Johannes Bertsch travaille au PSI dans la division de recherche Energie nucléaire et sûreté, où il étudie les gaines qui enrobent le combustible exploité dans les centrales nucléaires.

Démarrage de l'enquête publique relative à une actualisation de l'autorisation d'exploitation de l'installation de recherche du Laboratoire chaud de l’Institut Paul Scherrer PSILe Laboratoire chaud de l’Institut Paul Scherrer PSI est une installation au sein de laquelle des chercheurs et chercheuses étudient les matériaux hautement radioactifs dans des enceintes blindées spéciales, également baptisées cellules chaudes. Cette installation est unique en Suisse. Elle sert la recherche appliquée sur les matériaux en analysant des échantillons hautement radioactifs de barreaux de combustibles et de matériaux de structure provenant de centrales nucléaires, de réacteurs de recherche et de l'accélérateur de proton du PSI. Grâce aux travaux du Laboratoire chaud, l’Institut Paul Scherrer contribue ainsi à la sécurité des centrales nucléaires suisses. Près de 32 salariés travaillent au sein de l'infrastructure spécialisée dans les techniques de sécurité et d'analyses du Laboratoire chaud.

Dans un réacteur nucléaire, l’eau se sépare en oxygène et en hydrogène au contact de la gaine contenant les pastilles de combustible, alors à haute température. Cet hydrogène peut pénétrer dans la gaine qui enrobe le combustible proprement dit, et la fragiliser mécaniquement. A l’aide de neutrons et de rayonnement synchrotron, des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) étudient le mécanisme de pénétration de l’hydrogène dans la gaine et l’effet qu’il peut y déployer.

L’idée de produire du combustible nucléaire sous forme de sphères (et non de pastilles, comme c’est l’usage aujourd’hui) remonte aux années 1960. Les avantages suivants en étaient escomptés : une simplification de la fabrication du combustible ainsi qu’une nette réduction de la quantité de déchets radioactifs lors de sa fabrication et de son utilisation en centrale nucléaire. Ce type de combustible n'a toutefois jamais été utilisé parce que les types de réacteurs pour lesquels il avait été envisagé n’ont pas pu s'imposer. Dans le passé, l’Institut Paul Scherrer (PSI) a aussi contribué à la recherche en matière de combustible à particules sphériques. A nouveau, plusieurs projets, en partie financés par l’Union européenne, sont actuellement en cours au PSI. Leur objectif : continuer à améliorer la production des billes de combustible. Cette forme de combustible pourrait être utilisée soit dans des installations spéciales de réduction des quantités de déchets radioactifs, soit dans des réacteurs rapides de quatrième génération, qui, en cycle fermé, produisent eux aussi moins de déchets à vie longue.

Comment les substances radioactives évoluent-elles dans la roche d’accueil d’un dépôt en couches géologiques profondes pour déchets nucléaires ? A l’Institut Paul Scherrer (PSI), des chercheurs du groupe de recherche Processus de diffusion se penchent sur cette question au Laboratoire Sûreté des dépôts de déchets radioactifs. On connaît bien les propriétés de transport des radionucléides chargés négativement : ils sont repoussés par les surfaces des minéraux argileux, chargées négativement elles aussi, et n’adhèrent donc pour ainsi pas à la roche. Un projet de l’Union européenne est en train de mettre en évidence des éléments de connaissance concernant les radionucléides chargés positivement, qui eux, adhèrent fortement à la roche. Le PSI y participe.

Des mesures de sécurité strictes encadrent la manipulation et l’analyse d’objets irradiés, et donc radioactifs, provenant de centrales nucléaires ou de laboratoires de recherche. Ces tests ne peuvent être conduits que dans des enceintes baptisées « cellules chaudes », dont les parois de béton et de plomb de plusieurs mètres d’épaisseur. Dans les cellules chaudes du Laboratoire chaud du PSI, des barreaux de combustibles usés provenant des centrales nucléaires suisses sont régulièrement soumis à une analyse scientifique des matériaux. Les connaissances obtenues dans le cadre de ces analyses permettent aux exploitants d’optimiser l’efficacité et la sécurité de leurs centrales. A côté de ces prestations de service destinées aux centrales nucléaires, le Laboratoire chaud est également impliqué dans des projets de recherche internationaux.

Les matériaux employés dans les centrales nucléaires sont soumis à des exigences élevées. Les standards de sécurité en matière de sélection, d'utilisation et de surveillance des matériaux sont donc très élevés. Le PSI analyse le comportement et le vieillissement d’éléments utilisés dans ces installations. Ainsi, les chercheurs étudient l'importance des phénomènes de corrosion de fissure sous contrainte ou les effets de l’irradiation par des particules énergétiques sur la durabilité des matériaux.

Les déchets radioactifs produits par les centrales nucléaires ou issus de la médecine, de l'industrie et de la recherche doivent être isolés de l'environnement et de l'espace vital de l'Homme pendant de très longues périodes. Les experts du PSI se penchent depuis des années sur les questions scientifiques relatives à la sécurité des dépôts de stockage géologique définitif. La recherche effectuée au PSI se concentre principalement sur les phénomènes physico-chimiques ayant lieu dans les dépots de stockage définitif. L'objectif est de réaliser une description réaliste des risques liés au stockage des déchets radioactifs.