Brevet FR2942346A1 — publié le 20100820

La présente invention concerne un procédé et une installation d'élimination de déchets, de manière définitive, tels que notamment des déchets radioactifs, toxiques, ... On sait que la gestion des déchets est devenue un enjeu de so- ciété important en raison des risques encourus par les populations et des nuisances environnementales produites. Si les déchets qualifiés d'usuels sont maintenant traités par des filières techniques de plus en plus maîtrisées sans réel risque majeur, en respectant au mieux environnement et population, en revanche, il n'en va pas de même lorsqu'il s'agit de déchets qualifiés d'ultimes (radioactifs, toxiques, chimiques, ...) définis comme n'étant pas recyclables ou valorisables de manière énergétique à partir des techniques actuellement connues. En effet, ces déchets ultimes sont amenés dans des sites de stockage réglementés strictement dans lesquels ils sont généralement enfouis directement ou indirectement après agencement dans des conteneurs spécifiques et/ou traitements préalables particuliers, comme la vitrification pour certains déchets nucléaires, et ce, à de grandes profondeurs et dans des sols adéquats stables. Cependant, si ces sites de stockage permettent de régler sur le court terme et relativement en toute sécurité les problèmes inhérents au stockage de ces matières dangereuses (au moins pour celles à vie courte), en revanche, sur le moyen et le long terme, l'intégrité des installations et structures des sites ne peut être garantie totalement et, donc, celle des déchets ultimes entreposés avec les conséquences pour les populations futures. Il convient également d'envisager les risques potentiels de catastrophes naturelles (séismes, inondations, ..) pouvant survenir et endom- mager les sites même si ces derniers se trouvent actuellement dans des zones � protégées �. Par ailleurs, comme les quantités de ces déchets ultimes produits ne cessent d'augmenter, la recherche de nouveaux sites est inévitable, ce qui pose des problèmes vis-à-vis des populations locales qui ne souhaitent pas avoir à proximité de telles installations. Aussi, il existe un réel besoin de trouver d'autres solutions complémentaires à ces sites de stockage, au moins en ce qui concerne les déchets dangereux hautement toxiques, du type radioactif notamment. Certes, on a également pensé à envoyer les déchets radioactifs dans l'espace. Mais si l'idée est séduisante, celle-ci implique l'utilisation et la perte éventuelle d'une fusée contenant lesdits déchets à chaque mission, ce qui est un risque inenvisageable. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci- dessus liés à l'envoi des déchets dans l'espace. A cet effet, le procédé pour éliminer des déchets, tels que des déchets radioactifs, par le lancement de ceux-ci dans l'espace, est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il consiste à protéger thermiquement lesdits déchets et à lancer lesdits déchets protégés thermiquement au-delà de l'atmosphère, avec une vitesse leur permettant d'échapper à l'attraction terrestre. Ainsi, comme les déchets sont thermiquement protégés, ils traversent les différentes couches de l'atmosphère en conservant leur intégrité, sans risque d'échauffement en évitant leur vaporisation ou désagrégation et la pollution de l'environnement. De plus, le procédé de l'invention s'affranchit des problèmes ci-dessus liés à l'envoi d'une fusée ou autre engin spatial pour emporter les déchets dans l'espace, puisque seuls ces derniers sont lancés depuis le sol dans l'espace où ils sont avantageuse- ment et naturellement incinérés, dans le soleil, qui est, de fait, pour cause de gravitation, leur destination finale. De préférence, la protection thermique desdits déchets consiste à les refroidir à une très basse température inférieure à 1 °K. Ainsi, grâce au refroidissement du déchet à éliminer à une telle température, on se trouve avantageusement dans la plage d'application du troisième principe de la thermodynamique qui stipule, brièvement, que l'entropie d'un système tend vers zéro quand la température absolue tend vers zéro, ce qui se traduit par une chaleur massique tendant vers zéro avec la température. De la sorte, un corps (déchet) très froid, refroidi à une température inférieure au degré Kelvin, ne se réchauffe pas même s'il se déplace à une vitesse très grande (supérieure à la vitesse de libération de l'attraction terrestre, c'est-à-dire au moins 11 kmls) dans les couches atmosphériques plus ou moins denses, en engendrant des températures de plusieurs milliers de °K à leur � contact �. D'après le troisième principe de la thermodynamique, ce corps ne sera sujet ni à la conduction, ni à la convection, mais, en revanche, il sera soumis aux radiations. On remarque aussi que, à de très grandes vitesses, le temps de traversée de l'atmosphère par le déchet est inférieur à quelques secondes (de l'ordre de 3 à 4 secondes) si bien que, même si les échanges thermiques établis entre le déchet à une telle vitesse et l'air sont différents de ceux en conditions habituelles, le déchet ne fondra pas et qu'aucune vaporisation ne se produira. De préférence, on refroidit lesdits déchets à une température de l'ordre de 1 °mK. Ainsi, on se trouve très proche du zéro absolu optimisant l'intégrité des déchets refroidis à éliminer lancés dans l'espace à destination du soleil. Et, pour obtenir une sécurité totale du lancement des déchets durant la traversée des couches atmosphériques sans risque de polluer l'environnement, la protection thermique desdits déchets en les portant à une température inférieure à 1 °K consiste, de plus, à les enrober d'un re- vêtement thermiquement isolant ayant une chaleur massique inférieure à celle desdits déchets. En effet, on sait que la chaleur massique C d'un corps conducteur (comme les déchets métalliques) à pression constante, s'écrit sous la forme C = aT3 + bT où a et b sont des coefficients mesurables et T la température tandis que, pour un corps isolant (comme le revêtement thermiquement isolant), la chaleur massique C s'écrit sous la forme C = aT3. Ainsi, lorsque la température T est inférieure à 1 °K (0 Pour éviter les problèmes dus au rayonnement engendré par la traversée des déchets dans l'air, le procédé consiste à recouvrir ledit revête-ment isolant d'un revêtement final réfléchissant. En outre, en fonction du dispositif de lancement utilisé, comme on le verra ci-après, on peut recouvrir lesdits déchets protégés thermique- ment d'un revêtement supraconducteur. L'invention concerne également une installation d'élimination de déchets, notamment radioactifs, destinée à mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. A cette fin, l'installation d'élimination de déchets est remarquable, selon l'invention, en ce qu'elle comprend un dispositif de lan- cernent du type canon, à l'intérieur duquel sont placés lesdits déchets thermiquement protégés et qui est susceptible d'imprimer à ces derniers, de manière électromagnétique, une vitesse leur permettant d'échapper à l'attraction terrestre, selon une trajectoire dirigée vers le soleil. Ainsi, l'utilisation d'un dispositif de lancement à canon rend l'installation, d'une part, financièrement possible puisqu'il évite la perte d'un lanceur spatial à chaque tir de déchets et, d'autre part, technique-ment fiable avec une sécurité quasi-totale puisque son seul mode de panne sera de ne pas pouvoir tirer le déchet en cas de dysfonctionnement, ce qui n'engendre pas de pollution environnante. Certes, on ne peut complètement écarter une panne où le déchet ne serait pas envoyé par le canon à la vitesse appropriée, mais la probabilité d'occurrence de cet évènement est proche de zéro du fait que le dé- chet envoyé a une masse relativement faible (par exemple, inférieure à 20 g) à chaque tir, limitant la potentielle dissémination de matière radioactive dans l'atmosphère et que, pour cela, encore faudrait-il que la vitesse de sortie du canon soit extrêmement faible pour que cette matière retombe sur Terre. L'installation de l'invention à dispositif de lancement par canon atteint ainsi ses objectifs, tels qu'une sécurité optimale avec une fiabilité fonctionnelle et une absence de pollution terrestre. De préférence, lesdits déchets se présentent sous la forme de boulettes sphériques, à chaque tir dudit canon correspondant le lancement d'une boulette sphérique. Dans un mode particulier de réalisation, ledit canon comprend un tube horizontal à paroi magnétique, à l'intérieur duquel règne le vide, ledit déchet thermiquement protégé à très basse température et recouvert d'un revêtement supraconducteur est chargé électriquement de manière à flot-ter à l'intérieur dudit tube par effet Meissner, et un champ électrique mo- bile est engendré pour accélérer ledit déchet au fur et à mesure de son déplacement dans ledit tube. Comme la longueur du canon peut être importante (plusieurs dizaines de mètres à quelques kilomètres de long selon le champ électrique appliqué), sa disposition horizontale est préférable et, pour éviter les pro- blèmes de résistance à l'air, le vide est fait dans le canon, et pour s'affranchir des problèmes de frottement, le déchet sphérique chargé, refroidi à une température inférieure à 1 °K et enrobé du revêtement supra-conducteur, peut alors flotter dans le tube à paroi magnétique par effet Meissner. Dans ce mode particulier de réalisation, l'extrémité de sortie dudit tube horizontal est agencée verticalement, tournée vers le haut, et comprend une zone de transition courbe soumise à un champ magnétique pour diriger progressivement ledit déchet accéléré verticalement. Dans un autre mode particulier de réalisation, ledit canon comprend un tube vertical à l'intérieur duquel règne le vide, ledit déchet refroidi et thermiquement protégé est chargé électriquement, et un champ électrique mobile est engendré pour accélérer ledit déchet au fur et à me-sure de son déplacement dans ledit tube. L'utilisation d'un tel canon à tube vertical permet de s'affranchir de l'effet Meissner (suppression du revêtement supraconducteur) et du caractère magnétique du tube. Dans ces modes de réalisation, l'installation comporte un instrument de mesure de la charge électrique desdits déchets. Ainsi, si celle-ci est inférieure à la valeur souhaitée, le tir est interdit et le déchet rechargé. Selon encore un autre mode de réalisation, le dispositif de lance-ment peut être un canon à rails parallèles, reliés à une source de courant et mis en contact entre eux par une barre transversale conductrice mobile ayant en son centre ledit déchet à éliminer thermiquement protégé, de sorte à induire un champ magnétique perpendiculaire au plan du courant circulant entre les rails et ladite barre et à engendrer ainsi une force de Laplace parallèle auxdits rails et accélérant ladite barre transversale. De tels canons à rails sont connus et permettent de lancer des projectiles à des vitesses supérieures à celle nécessaire pour vaincre l'attraction terres- tre lorsque la masse du corps à lancer est faible (quelques dizaines de grammes au plus), ce qui est le cas des déchets en question. Par ailleurs, l'installation comporte de plus un dispositif de mesure de la vitesse de sortie desdits déchets. Ainsi, si celle-ci est inférieure à la vitesse souhaitée, le tir suivant est interdit jusqu'à ce que les opérations de maintenance aient été effectuées. Cependant, comme cela a été précisé précédemment, la dangerosité du déchet tiré, (de faible masse) est quasi nulle, puisque la probabilité de retombée sur terre est quasi-nulle. Selon une autre caractéristique, l'installation peut aussi comporter un dispositif à laser pour ioniser ou réchauffer l'air se trouvant sur la trajectoire suivie par ledit déchet lancé de façon à améliorer sa pénétration dans l'atmosphère. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation de l'installation d'élimination de déchets mettant en oeuvre le procédé de l'invention, à l'aide d'un moyen de lancement à canon. La figure 2 est une coupe d'un déchet à éliminer par ladite installa- tion, sous forme sphérique. La figure 3 représente schématiquement un autre exemple de réalisation d'installation d'élimination des déchets. Dans l'exemple schématique de réalisation illustré sur la figure 1, l'installation d'élimination 1 des déchets 2 par leur envoi dans l'espace à destination du soleil comprend un dispositif de lancement 3 du type à canon 4 dont le tube 5 qui le constitue est agencé horizontalement avec une sortie verticale 6 vers le haut précédée d'une zone de transition courbe 7 selon un arc de cercle de 90°. Compte tenu de la longueur importante que peut avoir le canon pour envoyer le déchet avec une vitesse suffisante pour vaincre l'attraction terrestre et dont quelques exemples seront don-nés ultérieurement, le terme tube sous-entend un ensemble de tubes as-semblés. Au voisinage de l'entrée horizontale fermée 8 du tube, opposée à sa sortie verticale 6, se trouve le déchet à éliminer 2 qui est un déchet ultime et qui se présente sous la forme d'une boulette sphérique 10. Un mode de réalisation de celle-ci est montré sur la figure 2 en rapport avec le dispositif de lancement 3 à canon horizontal 4. Pour imprimer à la boulette sphérique 10 la vitesse souhaitée, telle qu'une vitesse supérieure à celle nécessaire pour échapper à l'attraction terrestre, c'est-à-dire au moins 1 1 km/s dans le vide, et éviter que celle-ci ne se vaporise ou se désagrège par son échauffement au contact des couches atmosphériques, l'installation 1, dans ce cas à canon horizontal 4, et la boulette elle-même 10 présentent des caractéristiques physiques spécifiques. Ainsi, comme le montre la figure 2, la boulette sphérique 10 de matière radioactive est, conformément à l'invention, protégée thermique-ment en raison de son contact par frottement avec les couches atmosphériques denses à une telle vitesse de lancement. Pour cela, la boulette est refroidie à une très basse température inférieure à 1 °K et, de préférence, sensiblement à 1 °mK pour les raisons évoquées précédemment, pour la mise en oeuvre du troisième principe de la thermodynamique, et elle est recouverte d'un revêtement métallique 11 qui, à cette température, va devenir supraconducteur. Cela est particulièrement avantageux puisque, comme le tube 5 est horizontal, à l'exception de sa sortie verticale, et pour éviter son frottement dans celui-ci, la boulette peut être mise en suspension à l'intérieur du tube et � flotter dans celui-ci � par l'effet Meissner. Pour mettre en oeuvre celui-ci, la paroi au moins interne 12 du tube est évidemment ren- due magnétique, de sorte que, sous l'action du champ magnétique du tube et du caractère supraconducteur de la boulette refroidie, l'effet Meissner se produit et met cette dernière � en lévitation �. Par ailleurs, le vide est fait à l'intérieur du tube 5 du canon 4 par l'intermédiaire d'un dispositif externe non représenté ayant, à la sortie verticale du tube, un mécanisme à diaphragme ou autre à ouverture et fermeture commandables symbolisé en 14 sur la figure 1, et la boulette 10 est électriquement chargée. Une manière de charger la boulette est de la considérer comme l'une des armatures d'un condensateur sphérique et de l'isoler, pendant la charge, avec une céramique, de façon à augmenter la constante diélectrique entre les armatures. On obtient ainsi des charges électriques qui conviennent, à des tensions acceptables (quelques centaines de milliers de volts à quelques millions). Autour du revêtement métallique supraconducteur Il, est disposé un revêtement thermiquement isolant 15 avec une chaleur massique minimale, inférieure à celle de la boulette de déchets, de la manière précisée précédemment, participant ainsi activement à la protection thermique de la boulette refroidie lors de sa traversée dans l'atmosphère. Et ledit revête-ment thermiquement isolant 15 est à son tour recouvert d'un revêtement final réfléchissant au rayonnement thermique 16. Le lancement de la boulette sphérique radioactive à partir de l'installation décrite 1 se déroule de la façon suivante. La boulette 10 est placée à l'intérieur du tube 5 du canon 4, près de son entrée 8. Elle a par ailleurs une température de 1 °mK et est char- gée électriquement. Un dispositif ou instrument de mesure 17 contrôle la charge de celle-ci. Le vide est fait dans le tube. Par le champ magnétique engendré par le tube 5 et le caractère supraconducteur du revêtement Il, la boulette 10 flotte dans le tube par l'effet Meissner ainsi engendré. Elle est soumise alors à un champ électrique qui va l'accélérer de plus en plus le long du tube sans résistance de l'air comme l'indiquent les flèches F. Ce champ électrique est local et se déplace de façon synchrone avec la boulette. A l'issue de la phase � horizontale �, la boulette accélérée 10 entre dans une région à fort champ magnétique externe de manière à incurver sa trajectoire selon la zone de transition courbe 7 et se diriger ensuite verticalement vers le haut et sortir de l'extrémité 6 du tube du canon à la vitesse souhaitée. En sortie du tube, un dispositif de mesure 18 contrôle la vitesse du déchet. A titre d'exemple, la boulette sphérique 10 a un diamètre de 1,5 cm et sa masse est de l'ordre d'une vingtaine de grammes. Les déchets 2 peuvent être des actinides avec une masse volumique de 104 kg/m3. Le champ électrique peut varier entre 104 V/m et 106 V/m avec une charge électrique des boulettes de 0,01 C à 0,1 C en fonction de la longueur du tube envisagée. A titre d'exemple, avec une charge de 0,1 C et un champ électrique de 105 V/m, le tube a une longueur de l'ordre de six kilomètres. La vitesse atteinte par la boulette sphérique est de 27 km/s. Cette vitesse pourrait être bien entendu inférieure, le principal étant d'atteindre l'espace en dirigeant la boulette en direction du soleil pour y être incinérée. La traversée de l'atmosphère peut s'effectuer en un temps de l'ordre de 6 à 7 secondes avec des températures situées autour des 3500°K. Bien qu'il ne soit pas représenté sur les figures, on peut prévoir un dispositif à laser dont le faisceau est placé sur la trajectoire ou une partie de la trajectoire empruntée par les boulettes sphériques, notamment dans les couches denses de l'atmosphère. Ce faisceau permet d'ioniser ou de réchauffer l'air ciblé en vue d'améliorer la pénétration de l'atmosphère des boulettes sphériques et de réduire ainsi les frottements avec lesdites couches et donc les vitesses de sortie. Un autre mode de réalisation de l'installation, non représenté, consiste à agencer verticalement le dispositif de lancement 3 à canon 4. Le tube 5 du canon est alors rectiligne et vertical et cet agencement vertical n'implique plus de frottement entre les boulettes sphériques et le tube. De la sorte, l'effet Meissner n'a pas lieu d'être, entraînant la suppression du revêtement métallique supraconducteur et de la magnétisation de la paroi du tube. Avec un champ électrique de 106 V/m et une charge électrique de 0,01 C, le tube vertical a une hauteur de 650 m, et avec une charge électrique de 0,1 C et un champ électrique identique, sa hauteur atteint 65 m. Le dispositif de lancement 3 de l'installation 1 montrée sur la fi- gure 3 est un canon à rails 20. Les deux rails parallèles 21 sont reliés à un générateur électrique 22 et une barre conductrice transversale 23 relie perpendiculairement les deux rails 21 en formant ainsi le circuit électrique. La barre conductrice 23 est mobile le long des rails et porte en son centre le déchet à envoyer 2, à savoir la boulette sphérique radioactive 10 ther- miquement protégé par son refroidissement à très basse température et son enrobage du revêtement thermiquement isolant. Brièvement, lorsque le courant circule dans le circuit ainsi fermé, simultanément un champ magnétique orthogonal est induit, ce qui se traduit par une force de propulsion F (force de Laplace), parallèle aux rails, qui s'exerce sur la barre transversale 23 et, donc, sur la boulette sphérique 10. Celle-ci est alors accélérée continuellement le long des rails pour atteindre des vitesses d'éjection suffisantes pour s'affranchir de l'attraction terrestre et être envoyée dans l'espace, à destination du soleil. REVENDICATIONS1. Procédé pour éliminer des déchets, tels que des déchets radioactifs, par le lancement de ceux-ci dans l'espace, caractérisé en ce qu'il consiste à protéger thermiquement lesdits déchets (2) et à lancer lesdits déchets protégés thermiquement au-delà de l'atmosphère à destination du soleil, avec une vitesse leur permettant d'échapper à l'attraction terrestre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la protection thermique desdits déchets (2) consiste à les refroidir à une très basse température, inférieure à 1 0K. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on refroidit lesdits déchets (2) à une température de l'ordre de 1 °mK. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la protection thermique desdits déchets (2) en les portant à une température inférieure à 1 °K consiste, de plus, à les enrober d'un revêtement thermiquement isolant (1 5) ayant une chaleur massique inférieure à celle desdits déchets. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir ledit revêtement isolant (15) d'un revêtement final réfléchissant (16). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir lesdits déchets (2) protégés thermiquement d'un revêtement supraconducteur (Il). 7. Installation d'élimination de déchets, notamment radioactifs, destinée à la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de lancement (3) du type canon (4), à l'intérieur duquel sont placés lesdits déchets (2) thermi- quement protégés et qui est susceptible d'imprimer à ces derniers, de manière électromagnétique, une vitesse leur permettant d'échapper à l'attraction terrestre, selon une trajectoire à destination du soleil. 8. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits déchets se présentent sous la forme de boulettes sphériques (10), à chaque tir dudit canon correspondant le lancement d'une boulette sphérique. 9. Installation selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que ledit canon (4) comprend un tube horizontal (5) à paroi magnétique à l'intérieur duquel règne le vide, en ce que ledit déchet (2) thermiquement protégé à très basse température et recouvert d'un revêtement supraconducteur (Il) est chargé électriquement de manière à flotter à l'intérieur dudit tube par effet Meissner, et en ce qu'un champ électrique mobile est engendré pour accélérer ledit déchet (2) au fur et à mesure de son déplacement dans ledit tube (5). 10. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'extrémité de sortie (6) dudit tube horizontal (5) est agencée verticalement et comprend une zone de transition courbe (7) soumise à un champ magnétique pour diriger progressivement ledit déchet accéléré verticalement. 11. Installation selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que ledit canon (4) comprend un tube vertical (5) à l'intérieur duquel règne le vide, en ce que ledit déchet (2) refroidi et thermiquement protégé est chargé électriquement, et en ce qu'un champ élec- trique mobile est engendré pour accélérer ledit déchet au fur et à mesure de son déplacement dans ledit tube. 1 2. Installation selon l'une des revendications 7 à 1 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un instrument de mesure (17) de la charge électrique dudit déchet (2). 13. Installation selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que ledit dispositif de lancement (3) est un canon (20) à rails parallèles (21), reliés à une source de courant (22) et mis en contact entre eux par une barre transversale conductrice mobile (23) ayant en son centre ledit déchet à éliminer (2) thermiquement protégé, de sorte à induire un champ magnétique perpendiculaire au plan du courant circulant entre les rails et ladite barre et à engendrer ainsi une force de Laplace parallèle auxdits rails et accélérant ladite barre transversale. 14. Installation selon l'une des revendications 7 à 13, 1 o caractérisée en ce qu'elle comporte, de plus, un dispositif de mesure de la vitesse de sortie (18) desdits déchets. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, de plus, un dispositif à laser pour io- 15 niser ou réchauffer l'air se trouvant sur la trajectoire suivie par ledit déchet.