NUCLÉAIRECycle du combustible

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 UO_2 ;

– 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

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

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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.

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Opérations conduisant au retraitement ou au stockage des déchets radioactifs de catégorie A, B et C
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Le cycle du combustible
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Usines d'enrichissement dans le monde
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Diffusion gazeuse : Tricastin
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