Energie nucléaire

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Le cycle du combustible

Le cycle du combustible nucléaire désigne l’ensemble des opérations nécessaires pour approvisionner en combustible les réacteurs nucléaires puis pour stocker, retraiter et recycler ce combustible, la principale étape du cycle étant constituée par les 2 à 6 ans durant lesquels le combustible est utilisé dans le réacteur pour produire de l’électricité.
A l’état naturel, l’uranium ne contient que 0,7% d’isotope fissile, l’uranium 235, et 99,3% d’uranium 238, non fissile. Pour être utilisé dans les réacteurs à eau sous pression français, il doit être enrichi en uranium 235 à hauteur de 4 à 5%. Après enrichissement qui s’effectue sous forme gazeuse, il est transformé en oxyde, qui se présente sous la forme d’une poudre noire qui est ensuite comprimée en petites pastilles d’environ 7g. Ces pastilles sont insérées dans des tubes métalliques que l’on appelle crayons, eux-mêmes regroupés en assemblages combustibles placés dans le cœur du réacteur.
Après son utilisation dans le cœur du réacteur, le combustible s’est appauvri en uranium 235 et doit être remplacé. L’uranium 238 présent a également conduit à la production de plutonium et d’actinides plus lourds. Le combustible fait d’abord un passage prolongé en piscine afin de laisser décroître les produits de fission les plus radioactifs et à vie courte. Dans un second temps, le combustible irradié est placé dans un site d’entreposage dans l’attente d’un stockage définitif ou d’un retraitement.
Le retraitement consiste à isoler par des procédés mécaniques et chimiques les différents éléments du combustible usé de façon à séparer les éléments potentiellement valorisables, comme l’uranium et le plutonium, des déchets proprement dits, appelés déchets ultimes, qui seront calcinés puis vitrifiés au sein d’une matrice inerte avant d’être stockés.
En France, une partie du plutonium est recyclée en combustible MOX, mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium, utilisable dans certains réacteurs et dans le futur EPR. L’uranium, qui représente encore 95% de la masse du combustible usé, est lui aussi recyclable. Il peut être à nouveau enrichi et utilisé dans certains réacteurs.
Cette opération de ré-enrichissement nécessite une installation d’ultracentrifugation qui n’est actuellement disponible au niveau mondial qu’en Russie, dans l’usine de Seversk, et aux Pays-Bas, dans l’usine Urenco. Pour sa part, la France sous-traite cette opération principalement à la Russie, en attendant la mise en production sur le site du Tricastin de l’usine Georges Besse II qui disposera d’une installation d’ultracentrifugation. Une partie, environ 10% actuellement, de cet uranium de retraitement (URT) est ré-enrichi. Le reste est stocké.
Ce recyclage d’une partie de l’uranium et du plutonium génère une économie annuelle d’environ 12% d’uranium naturel.
Quelques pays possèdent une usine de retraitement des déchets nucléaires dont la France, avec l’usine de la Hague, le Royaume-Uni, la Russie, le Japon. Les Etats Unis ont fermé leur propre usine de retraitement pour des raisons économiques. La question du transport des combustibles usés à retraiter, du transport de l’uranium de retraitement vers les usines de ré-enrichissement et la prise en compte des risques, tant pour les personnels que pour les riverains et l’environnement, alimente régulièrement les débats entre pro et anti nucléaires. L’efficacité économique du recyclage tel qu’il est pratiqué aujourd’hui est faible, puisque l’uranium naturel reste encore à des prix très faibles. Néanmoins, dans l’hypothèse d’un déploiement du nucléaire au niveau mondial, une meilleure gestion des ressources naturelles alliée à un déploiement de réacteurs futurs, ainsi qu’une gestion optimisée des déchets demanderont à l’avenir de recycler les combustibles usés de plus en plus efficacement.