NUCLÉAIRECycle du combustible

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

les différentes étapes du cycle du combustible

En partant du minerai d'uranium naturel, cinq grandes étapes sont nécessaires pour obtenir les éléments combustibles que l'on charge en réacteur. Ces phases, représentant l'amont du cycle, sont les suivantes :

– l'exploitation minière de l'uranium et la production de concentrés purifiés sous forme de di-uranate (NH4)2U2O7 ;

– la conversion chimique de ces concentrés en hexafluorure UF6 gazeux, en passant par les phases oxydes UO3 et UO2 ;

– l'enrichissement de l'hexafluorure, permettant d'augmenter la teneur en uranium 235 aux valeurs compatibles avec l'entretien d'une réaction en chaîne dans les réacteurs à eau légère (de 3,25 p. 100 à 4,5 p. 100 selon les gestions des éléments combustibles en réacteur) [cf. L'enrichissement de l'uranium] ;

– la conversion de l'hexafluorure enrichi UF6 en oxyde UO2 sous forme de poudre, qui constitue la matière de base des assemblages des réacteurs à eau légère ;

– la fabrication des assemblages qui passe par la transformation de la poudre en pastilles par pressage mécanique puis frittage et usinage. Ces pastilles sont enfilées dans des gaines en alliage métalliques de zirconium pour constituer des crayons. Ces derniers sont ensuite regroupés pour former des assemblages.

Ce sont ces assemblages qui sont chargés dans les réacteurs à eau légère, où ils séjournent entre 36 et 54 mois selon les modes d'exploitation. Pour ce type de réacteurs, toutes ces étapes sont nécessaires.

Après leur passage en réacteur, où ils ont subi des modifications physico-chimiques, les assemblages sont déchargés. Ils font alors l'objet de deux grandes étapes qui constituent l'aval du cycle du combustible :

– l'entreposage pour refroidissement en sortie de réacteur, réalisé sous eau en piscine dans le bâtiment combustible de la centrale ;

– le retraitement (ou encore traitement) destiné à séparer les matières valorisables qui pourront être recyclées et à conditionner les déchets ultimes (cf. Le traitement et les déchets nucléaires).

Le cycle du combustible

Dessin : Le cycle du combustible

Le combustible utilisé dans les centrales électronucléaires est de l'uranium. L'ensemble des étapes qui vont de l'extraction du minerai à son retraitement après usage dans le réacteur constitue ce qu'on appelle le cycle du combustible.  

Crédits : CEA

Afficher

Ce cycle du combustible nucléaire (fig. 1) représente une part importante du coût du kilowattheure nucléaire (environ un quart, si on retire l'amortissement des investissements), dont la moitié pour les deux phases essentielles que sont l'enrichissement et le retraitement. Ces dernières sont aussi importantes à d'autres titres : elles permettent le bouclage économiquement très souhaitable du cycle du combustible et, par le retraitement, l'ouverture vers une utilisation rationnelle du plutonium (élément produit dans les réacteurs) dans la filière des réacteurs à eau légère (combustible Mox, c'est-à-dire combustible mixte uranium-plutonium) et dans la filière des surgénérateurs, pour le plus long terme. Le cycle du combustible fermé apparaît comme l'élément clé du développement d'options nucléaires durables. Le mode de gestion des matières est en effet déterminant tant pour la préservation des ressources que pour minimiser l'impact à l'environnement.

Des évolutions importantes ont marqué la fin des années 1990. Dans l'amont du cycle, les procédés avancés sur lesquels on plaçait beaucoup d'espoirs en termes de recherche ont laissé la place à l'ultracentrifugation qui s'impose désormais comme le procédé industriel de référence pour l'enrichissement de l'uranium. Le marché de l'uranium naturel s'est retourné à partir de 2004 et est passé d'une phase de déstockage, qui durait depuis les années 1990, à une nouvelle phase d'exploration minière active dans la perspective de la reprise de la construction des réacteurs nucléaires après 2010. Parallèlement, les capacités de conversion sont en phase de modernisation, sans toutefois que les procédés chimiques de base esquissés plus haut aient été fondamentalement modifiés. Dans l'aval du cycle, le retraitement associé au recyclage du plutonium et de l'uranium est de plus en plus perçu dans le monde entier comme la solution indispensable pour permettre une expansion de l'énergie nucléaire à long terme.

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 11 pages

Médias de l’article

Opérations conduisant au retraitement ou au stockage des déchets radioactifs de catégorie A, B et C

Opérations conduisant au retraitement ou au stockage des déchets radioactifs de catégorie A, B et C
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Le cycle du combustible

Le cycle du combustible
Crédits : CEA

dessin

Usines d'enrichissement dans le monde

Usines d'enrichissement dans le monde
Crédits : Encyclopædia Universalis France

tableau

Diffusion gazeuse : Tricastin

Diffusion gazeuse : Tricastin
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 12 médias de l'article


Écrit par :

  • : directeur de programme - Technologie du Cycle et gestion des déchets
  • : directeur du cycle du combustible au Commissariat à l'énergie atomique

Classification

Autres références

«  NUCLÉAIRE  » est également traité dans :

NUCLÉAIRE - Réacteurs nucléaires

  • Écrit par 
  • Jean BUSSAC, 
  • Frank CARRÉ, 
  • Robert DAUTRAY, 
  • Jules HOROWITZ, 
  • Jean TEILLAC
  •  • 12 403 mots
  •  • 10 médias

De nombreuses réactions nucléaires sont exothermiques et l'énergie dégagée est, par unité de masse, environ un million de fois plus grande que dans les réactions chimiques qui, elles, ne font intervenir que les électrons périphériques des atomes ; les chaleurs de réaction s'expriment en millions d'électrons-volts (MeV) par atome pour les premières, en électron […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Applications civiles

  • Écrit par 
  • Pierre BACHER
  •  • 6 690 mots
  •  • 9 médias

Le nucléaire civil couvre de nombreux domaines faisant appel, d'une part, à la radioactivité et aux rayonnements ionisants, et, d'autre part, à la production d'énergie par fission d'atomes lourds ou fusion d'atomes légers.Parmi les applications de la radioactivité, outre de multiples domaines de la recherche, […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Applications militaires

  • Écrit par 
  • Paul BOUÉ, 
  • Thierry MASSARD, 
  • François OLIVE
  •  • 8 605 mots
  •  • 5 médias

L'application militaire de l'énergie atomique a été envisagée dès la découverte de la fission, comme le montre la demande de brevet déposée le 4 mai 1939 par le physicien français Frédéric Joliot-Curie et son équipe sur l'explosif nucléaire (« Perfectionnements aux charges explosives », décrivant le principe de la bombe atomique). Elle est deve […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Déchets

  • Écrit par 
  • Pierre BEREST, 
  • Jean-Paul SCHAPIRA
  •  • 10 950 mots
  •  • 8 médias

La production d'électricité dans des centrales nucléaires, mais aussi la médecine, la défense, la recherche scientifique et de nombreuses activités industrielles utilisent des substances radioactives et engendrent des déchets radioactifs. Ceux-ci présentent une activité et une radiotoxicité extrêmement v […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Démantèlement des installations

  • Écrit par 
  • Francis LAMBERT
  •  • 3 143 mots
  •  • 3 médias

Une installation nucléaire arrêtée dont le contenu représente encore un risque important ne peut être abandonnée. Ce serait moralement inacceptable, et c'est bien sûr interdit par la réglementation. Cependant cet impératif ne justifie pas à lui seul les efforts et les dépenses que représente, pour les exploitants, le démantèlement des installations nucléaires. Car rien n'empêche un exploitant de c […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Sûreté des centrales nucléaires

  • Écrit par 
  • Bernard LAPONCHE
  •  • 2 314 mots

Conséquence du séisme de magnitude 9 et du tsunami qui ont secoué le nord-est du Japon le 11 mars 2011, la catastrophe nucléaire de Fukushima vient relancer le débat sur la sûreté des centrales nucléaires. Après les accidents de Three Mile Island, de Tchernobyl et de Fukushima (qui est loin d'être terminé) […] Lire la suite

NUCLÉAIRE (notions de base)

  • Écrit par 
  • Universalis
  •  • 4 110 mots
  •  • 18 médias

Depuis la découverte de la radioactivité en 1896 par Henri Becquerel et celle du noyau atomique par Ernest Rutherford en 1911, des progrès scientifiques importants ont été accomplis en physique nucléaire. La maîtrise des réactions nucléaires a permis en particulier, dès le milieu du xx […] Lire la suite

T.I.C.E. (Traité d'interdiction complète des essais nucléaires) ou C.T.B.T. (Comprehensive Test Ban Treaty)

  • Écrit par 
  • Dominique MONGIN
  •  • 926 mots
  •  • 1 média

Le Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (T.I.C.E.), ou Comprehensive Test Ban Treaty (C.T.B.T.), est un traité multilatéral élaboré dans le cadre de la Conférence du désarmement de l’Organisation des Nations unies (O.N.U.). Il a été ouvert à la signature des États en septembre 1996. À la mi-2015, 183 États l’ont signé et 164 l’ont ratifié. Ce traité vise à interdire tous les essai […] Lire la suite

Voir aussi

Les derniers événements

9-21 novembre 2017 Russie. Détection d'un rejet de ruthénium 106 en Europe.

Le 9, l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), organisme public français, publie le résultat de ses investigations consécutives à la détection dans l’atmosphère de l’Europe, en septembre, de faibles traces de ruthénium 106, un radionucléide artificiel. L’IRSN estime que « la zone de rejet la plus plausible se situe entre la Volga et l’Oural » et que celui-ci provient d’« installations du cycle du combustible nucléaire ou de fabrication de sources radioactives ». […] Lire la suite

12 septembre 2003 Iran. Ultimatum de l'A.I.E.A.

) adopte, sur l'initiative des pays occidentaux, une résolution demandant à l'Iran de révéler son programme nucléaire avant le 31 octobre. Un rapport de l'A.I.E.A. sur l'Iran, en août, suggérait que ce pays maîtriserait bientôt le cycle de l'enrichissement du combustible nucléaire, activité dont l'Agence exige l'arrêt. Téhéran, qui défend son droit à développer un programme nucléaire civil, menace de « revoir en profondeur » ses relations avec l'A. […] Lire la suite

Pour citer l’article

Bernard BOULLIS, Noël CAMARCAT, « NUCLÉAIRE - Cycle du combustible », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-cycle-du-combustible/