Quelles sont les étapes du cycle du combustible nucléaire ?

Quelles sont les étapes du cycle du combustible nucléaire ?

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Si l’on évoque le plus souvent le fonctionnement et la sûreté des unités de production lorsqu’on parle d’énergie nucléaire, le cycle du combustible nucléaire utilisé dans ces centrales constitue lui aussi un facteur déterminant dans la recherche d’une industrie plus efficiente. L’extraction du combustible et son transport, l’approvisionnement des centrales ou la gestion des assemblages usés sont autant d’activités en amont ou en aval de la production et pour lesquelles la France dispose d’une expertise reconnue à l’international. Nous verrons dans cette fiche quelles sont les grandes étapes du cycle du combustible nucléaire et par qui sont-elles opérées dans l’Hexagone ?

L’extraction de l’uranium

Le combustible nucléaire est la matière dont on extrait l’énergie dans un réacteur grâce à la réaction de fission (celle-ci consiste à « casser » le noyau des atomes en les bombardant de neutrons). Ce combustible est composé d’uranium, un élément naturel que l’on retrouve en grande quantité dans la croûte terrestre.

Présentes naturellement dans certaines roches, les réserves d’uranium (garanties pour au moins 100 ans selon les chiffres de l’Agence de l’OCDE pour l’énergie nucléaire), sont exploitées dans toutes les régions du monde, dans de grandes mines souterraines ou à ciel ouvert. Si la France ne possède plus de gisements viables économiquement, d’autres pays sont devenus au fil des ans de grands producteurs d’uranium. On peut citer ici le Niger, le Kazakhstan, le Canada, ou l’Australie.

Conversion, enrichissement et fabrication du combustible

Une fois extrait des mines, l’uranium, qui n’est pas exploitable dans l’état, doit être converti et enrichi afin d’en tirer le maximum d’énergie possible. Il se compose à la fois d’uranium 238 et d’uranium 235 (à hauteur de 0,7 %), alors que seul l’uranium 235 peut être utilisé comme combustible dans les réacteurs actuels (pour qu’une réaction de fission en chaîne soit possible, la concentration en uranium 235 doit représenter entre 3 et 5 % du combustible).

Pour remédier à cet inconvénient, on applique à la matière première un processus de conversion, puis d’enrichissement visant à accroître sa proportion d’uranium 235. L’uranium est ensuite transformé sous forme de pastilles, placées elles-mêmes dans des tubes étanches (appelés aussi « crayons ») composés en alliage de zirconium. Ces crayons sont « assemblés » par lots de 264 pour former un assemblage combustible qui contient environ 500 kg de matière nucléaire et est conçu pour résister à des contraintes mécaniques, hydrauliques, thermiques et neutroniques très élevées dans le cœur du réacteur. Cet assemblage constitue d’ailleurs la première barrière de sûreté du réacteur, et sa fiabilité est logiquement considérée comme un enjeu majeur pour l’exploitant nucléaire.

A noter, l’uranium « appauvri » qui résulte du processus d’enrichissement est quant à lui entreposé sous forme solide, en vue d’une utilisation future dans une nouvelle génération de réacteurs (les réacteurs à neutrons rapides, dits de « 4e génération »).

Le traitement et le recyclage du combustible usé

En aval de la production d’électricité, des solutions de recyclage, qui valorisent les combustibles usés tout en réduisant et conditionnant les déchets sont appliquées. Après quatre années d’exploitation, les combustibles se composent alors de 96 % de matières réutilisables et de seulement 4 % de déchets ultimes (éléments non réutilisables, issus de la fission de l’uranium et pour la plupart très radioactifs.). Tandis que ces déchets ultimes sont dirigés vers les centres de stockage des déchets (en surface à La Hague, Marcoule et Cadarache par exemple, mais aussi bientôt en profondeur à Bure dans le cadre du projet Cigéo), les matériaux valorisables sont retraités afin d’y extraire du plutonium (utilisé pour fabriquer le MOX) et de l’uranium de retraitement (qui peut être réenrichi). Si le MOX est actuellement employé dans le tiers des réacteurs du parc nucléaire français, et produit environ 10% de notre électricité, l’uranium de retraitement n’est plus utilisé aujourd’hui pour des raisons économiques.

Précisons enfin que ce processus de recyclage n’est valable qu’une seule fois. Après cette seconde vie, le combustible est donc entreposé en piscine dans l’attente de nouveaux recyclages, réalisables dans les réacteurs de 4e génération.

Un réseau de partenaires industriels

Exploitant du parc nucléaire français, le groupe EDF est logiquement concerné par le cycle du combustible nucléaire et s’appuie dans ce cadre sur un réseau de partenaires industriels sûrs et performants. Pour réaliser les différentes étapes nécessaires à l’enrichissement de l’uranium par exemple, EDF travaille avec plusieurs prestataires comme les entreprises Urenco (Grande-Bretagne / Allemagne / Pays-Bas), Tenex (Russie), USEC (Etats-Unis) ou Areva. Framatome (Areva NP) et l’entreprise américaine Westinghouse, sont les principaux fabricants d’assemblages combustibles nucléaires à l’international et les deux fournisseurs de l’énergéticien français.

Orano (anciennement New Areva), qui a recentré ses activités sur le cycle du combustible nucléaire (acteur de l’extraction de l’uranium, de la production et du recyclage des matières nucléaires, de la gestion des déchets et du démantèlement), jouit d’une très bonne réputation pour son expérience et son expertise dans ce domaine. Le groupe vient notamment de signer un nouveau protocole d’accord avec le chinois CNNC pour la construction d’une usine de traitement et de recyclage des combustibles usés en Chine, sur le modèle de celle de La Hague, dans la Manche.

Crédits photo : Areva

Rédigé par : La Rédaction

La Rédaction
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COMMENTAIRES

  • Pourquoi les Chinois veulent-ils une usine de retraitement ?
    Pour faire du Mox avec le plutonium ? Pour utiliser du Mox dans un surgénérateur ? Pour des visées militaires (peu probable, ils ont déjà une centaine de bombes) ?

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  • Petite remarque… Dans les réacteurs actuels, le plutonium est également utilisé en combustible (environ pour 1/3), après avoir été généré dans le réacteur suite à l’absorption de neutron par l’uranium 238.

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  • L’énergie est la clé ultime du développement. Reflechissons nous pour un meilleur lendemain

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