accueilLa carte suivante montre l'emplacement des 2 sites de retraitement (La Hague et Marcoule), du site d'enrichissement (EURODIF à Pierrelatte), du site d'expérimentation (Cadarache) et du site expérimental d'enfouissement sous-terrain (Bure) :
Le combustible nucléaire... mais encore ?...
Le combustible nucléaire des centrales civiles est composé d'Uranium 235 et 238 (2 isotopes). L'uranium 235 est rare à l'état naturel car il est très instable. Cependant, il représente l'élément qui va se fissurer dans le réacteur nucléaire. Sous la projection d'un neutron, il va se fissurer en 2 et va générer de grandes quantités d'énergie.
Il doit donc y avoir une certaine quantité d'Uranium 235 dans le combustible. L'uranium est un métal qui, à l'état naturel n'est composé que de 0.7% d'uranium 235 (et 99.3% d'uranium 238). Il faut donc l'enrichir pour obtenir entre 3 et 6% d'U235, qui sont nécessaires au bon fonctionnement des réacteurs nucléaires.
les mines d'uranium : le début du cycle
L'uranium est tout d'abord contenu dans du minerai, qu'on trouve dans des mines d'uranium, principalement situées au Canada, aux Etats-Unis, en Russie, en Australie et en Afrique du Sud.
Le minerai est broyé et le sable est concentré en gateaux jaune appelés "YELLOW CAKES", contenant près de 70% d'uranium métal.
Le Yellow Cake est envoyé à l'usine COMURHEX de Malvési. Celui-ci est purifié et transformé en granulé vert composés d'UF4. Il est envoyé à l'usine COMURHEX de Pierrelate, où il est converti en UF6 solide, l'hexafluorure d'uranium.
L'enrichissement de l'uranium : EURODIF
A l'usine Georges BESSE I "EURODIF" de Pierrelatte, l'UF6 solide est converti en UF6 gazeux et rentre dans le process de "diffusion gazeuse". Cette technique fait passer l'UF6 gazeux dans 1400 colonnes de diffusion de 25 m de haut. La différence de densité entre U235 et U238 fait qu'en pied de chaque colonne, on récupère de l'uranium enrichi de +0.2% et en tête de colonne de l'uranium appauvri de -0.2%. Au bout de 1400 étages de diffusion, on obtient l'enrichissement désiré.
Le produit fini de l'usine EURODIF, c'est l'UTS (Unité de Travail de Séparation). Pour donner un ordre de grandeur, l'UTS correspond à la quantité d'uranium qui a été enrichi. Ainsi, avec 8 kg d'uranium naturel à 0.7%, EURODIF produit 1 kg d'uranium enrichi à 3.7% et 7 kg d'uranium appauvrit à 0.25%, ce qui correspond à 5 UTS.
Une tranche de centrale nucléaire EPR de 900 MW électrique disposera d'un réacteur de 2700 MW thermique et aura besoin pour fonctionner de 100.000 UTS par an, ce qui correspond donc à 20.000 kg d'uranium enrichi à 3.7%. Un réacteur change son combustible approximativement tous les 4 ans. Sa charge en combustible nucléaire est donc de 80 tonnes.
Cette technologie demande l'utilisation de centaines de compresseurs de plus d'1 MW unitaires. La puissance électrique absorbée par l'usine Georges BESSE I s'élève à 2600 MW à pleine charge, ce qui fait d'EURODIF le plus gros consommateur d'électricité en France.
Les tours aéroréfrigérantes du site servent au refroidissement des compresseurs.
L'usine Georges BESSE est la plus importante des 2 installations de diffusion gazeuse au monde avec 10.000.000 UTS/an. L'autre installation se situe aux Etats-Unis (5.000.000 UTS/an). EURODIF enrichit le combustible pour approximativement 100 tranches nucléaires dans le monde, soit approximativement 25% du parc mondial.
Son gros inconvénient est son coût énergétique d'exploitation. Il est prévu de remplacer cette technologie de diffusion gazeuse par l'ultracentrifugation. Cette technologie permet de séparer l'U235 et l'U238 par centrifugation à 60.000 tours par minute. La puissance électrique absorbée par le site sera de l'ordre de 50 MW, soit 50 fois moins que l'usine actuelle, pour une capacité de production équivalente.
La mise en service de la première unité d'ultracentrifugation est prévue pour 2012 et la seconde pour fin 2016. Une troisième unité pourrait voir le jour en fonction de la demande du marché. Le démantellement d'EURODIF sera achevé pour 2020.
Il existe 4 sociétés utilisant l'ultracentrifugation dans le monde : MINATOM (Russie 11 MUTS/an), URENCO (Royaume-Uni, Allemagne, Pays-Bas 6 MUTS/an), JNFL (Japon 1 MUTS/an) et CNEIX (Chine 1 MUTS/an)
Avant sa sortie de Pierrelatte, l'UF6 gazeux enrichit est transformé en solide puis envoyé à Romans, où il sera transformé en UO2, l'oxyde d'uranium. L'UO2 se présente sous forme de petites pastilles de 8 mm de diamètre.
Ces pastilles seront empillées dans un tube en zirconium appelé CRAYON. Le coeur du réacteur d'une tranche EPR de 900 MW demande plus de 11.000.000 de ces pastilles, soit près de 80 tonnes de combustible. Un crayon fait 4 m de long. Il en faut 264 pour faire un assemblage combustible et il faut 157 assemblages combustibles pour alimenter le réacteur d'une tranche EPR de 900 MWe.
Ces assemblages combustibles sont alors acheminés vers les CNPE, Centre Nucléaire de Production d'Electricité.
Devenir du combustible dans les centrales nucléaires
Comme nous l'avons vu précédemment, le réacteur d'une tranche EPR de 900 MWe travaille avec 82 tonnes de combustible.
Dans le coeur des réacteurs, la composition du combustible va évoluer. Des réactions en chaine se produisent : Un atome d'U235 perd un neutron, qui va percuter un autre atome d'U235, qui va lui même perdre un neutron (de 2° génération), qui va lui même percuter un autre atome d'U235, et ainsi de suite. La figure suivante illustre le phénomène :
Après 12 à 18 mois de bons et loyaux services dans le réacteur, 1 tiers des assemblages combustibles sont remplacés par des assemblages neufs. Leur composition à la sortie du réacteur est alors la suivante :
Ces assemblages combustibles usés sont envoyés à l'usine de retraitement de La Hague, où les composants seront séparés. Les produits de fission représentent les éléments les plus radioactifs, qu'il faudra protéger et stocker dans des endroits sûrs après traitement.
Le retraitement du combustible usagé : La Hague
L'usine de La Hague est située à la pointe du Cotentin (50). Depuis 1966, elle sert au retraitement des combustibles usés des centrales nucléaires françaises (mais aussi d'une partie des centrales allemandes, belges, suisses, hollandaises et japonaises).
Sa fonction est de séparer les déchets radioactifs (produits de fission) des parties réutilisables (uranium 235 et 238 et plutonium)
Les unités de production du site (UP2, UP3 et UP2-800) ont une capacité de traitement de 1.600 tonnes de combustible usagé par an. A titre indicatif, les centrales nucléaires EDF envoyent en retraitement à l'usine de La Hague 1050 tonnes d'assemblages combustibles usagés chaque année.
A son arrivée sur le site, le combustible est stocké dans une des 4 piscines, d'une capacité totale de 14.000 tonnes de combustible (soit près de 10 années de retraitement !).
Les piscines détiennent actuellement 7500 tonnes de combustibles en cours de décroissance, dont 500 tonnes de combustible étranger.
Au bout de 5 ans, l'assemblage combustible est introduit dans une cellule de démantellement où il sera cisaillé. L'oxyde d'uranium est dissout dans de l'acide nitrique pour être récupéré. Cette solution comprend le combustible avec les produits de fission. Les éléments de structure de l'assemblage sont traités et constituent des déchets.
Un traitement chimique complexe sur la solution nitrique permet de séparer les matières énergétiques (uranium et plutonium) des déchets (produits de fission).
L'uranium recyclable est disponible en solution de nitrate d'uranyle et le plutonium est conditionné sous forme d'oxyde en poudre dans des conteneurs. Les produits de fission sont entreposés en solution nitrique dans des cuves avant leur vitrification. Le nitrate d'uranyle est renvoyé à l'usine EURODIF de Pierrelatte pour être transformé en Oxyde d'uranium et pour être enrichi à nouveau. L'oxyde de plutonium est envoyé à Marcoule et servira à la fabrication du MOX, à des fin militaires. Une autre partie de l'uranium, plus difficilement réutilisable est envoyé à Tomsk en Sibérie
Le combustible usagé contient 96% de matière partiellement réutilisable (95% d'uranium et 1% de plutonium) et 4% de déchets ultimes, fortement radioactifs. Ces derniers sont stockés pour le moment en surface (à proximité de La Hague) pour les déchets français, et renvoyés dans leur pays d'origine pour les déchets étrangers. Des stockages sous-terrains sont actuellement à l'étude (notamment sur le site de Bure, dans la Meuse).
