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Cycle du combustible



L'amont et l'aval du cycle ...

On appelle « cycle du combustible » nucléaire l’ensemble des opérations qui va de l’extraction des minerais de l’uranium jusqu’au retraitement du combustible irradié et au stockage des déchets radioactifs.

La principale étape est constituée par les deux ou trois ans durant lesquels le combustible est brûlé dans un réacteur pour produire de l’électricité. Tout ce qui se passe avant cette étape est appelé « amont du cycle », ce qui survient ensuite « aval du cycle ».

Il s’agit effectivement d’un cycle quand, à la suite d’un retraitement, des noyaux fissiles d’uranium ou de plutonium encore disponibles sont recyclés en réacteur dans une charge neuve de combustible. On parle alors de cycle fermé. En l’absence de retraitement, les noyaux d’uranium ou de plutonium ne font qu'un tour de piste : le cycle est dit ouvert (NB: dans ce cas parler de "cycle" prête assez à confusion ! ).

Les pays ayant décidé d'abandonner le nucléaire ont opté pour le cycle ouvert. Un exemple en est la Suède, et depuis quelques années l'Allemagne qui avait opté auparavant pour un retraitement. Les USA, ne retraitent pas leurs déchets mais pourraient le faire. Les tenants du cycle fermé, sont la France, le Japon et demain la Chine et l'Inde, mais même dans ces pays tout le combustible usé n'est pas retraité. En France, sur les 1200 tonnes de combustibles usés produits chaque année, 200 tonnes ne sont pas retraitées. Les 1000 tonnes de combustibles retraités génèrent 50 tonnes de déchets ultimes de haute activité.


Le combustible nucléaire est en France l'objet de tout un cycle d'opérations et de transformations, appelé « cycle du combustible nucléaire » . La première partie - en « amont » de la production d'électricité - comporte la recherche de gisements d'uranium, l'exploitation minière, la concentration de l'uranium et sa conversion chimique sous forme d'hexafluorure, son enrichissement en isotope 235 et la fabrication du combustible. En « aval » de la production d'électricité, le cycle comporte le retraitement du combustible usé, le recyclage de l'uranium et du plutonium, et la gestion des déchets.
COGEMA/AREVA

L'amont du cycle

L’amont du cycle, le moins connu, commence par l’extraction de minerais uranifères dont la teneur est presque toujours faible. Il faut en extraire un concentré, le « yellow cake » qui est transporté à distance. L’extraction et la purification de l’uranium génèrent des déchets assez volumineux dont il faut s’occuper, même s’ils sont infiniment moins radioactifs que ceux de l’aval du cycle.

Pour enrichir ensuite l'uranium en isotope 235 fissile, il faut d'abord le convertir en un composant gazeux, l’hexafluorure d'uranium. C’est l’étape de “conversion. L'étape suivante est celle de l’enrichissement. Cette étape, de loin la plus coûteuse et sensible, est effectuée dans une usine de séparation isotopique. L'uranium enrichi sert ensuite à confectionner les assemblages de combustible que l'on introduit dans le cœur d'un réacteur. Le sous-produit de l'enrichissement est un tonnage considérable d'uranium appauvri que l'on stocke après l'avoir débarrassé du fluor.

Fabrication des assemblages
Fabrication des assemblages de combustible dans le hall de l'usine franco-belge de Romans en France. Les manipulations des assemblages ne nécessitent pas de précautions particulières, en raison de la faible radioactivité de l'uranium, même enrichi en isotope 235. Les pastilles d'oxyde d'uranium sont confinées dans les gaines des crayons.
PHILIPPE LESAGE /COGEMA

L'aval du cycle

La principale question à résoudre pour l'aval du cycle est "Que faire des produits radioactifs générés par les réacteurs" ? Telle est la question à laquelle se propse de répondre l'aval du cycle.

Déchargé du cœur d'un réacteur, le combustible irradié est entreposé en piscine pour une période de 5 ans environ, le temps de laisser décroître ou disparaitre les produits de fission les plus actifs. Au bout de ces 5 ans, la décision doit être prise de le retraiter ou non. S'il n'est pas destiné à être retraité, il faudra tôt ou tard le stocker comme déchet Des recherches sont en cours pour lle stockage de cpmbustibles usés dans des couches géologiques profondes. Les décisions pour la construction de telles intallations ne sont pas encore prises à l'exception de la Suède et de la Finlane. En attendant ces combustibles usés sont entreposés en surfave près des centrales, auprès desquelles ils s'accumulent.

En cas de retraitement, le combustible irradié est transporté à l’usine de retraitement où il est d’abord entreposé encore quelques années dans une seconde piscine. Le retraitement consiste à séparer ce qui peut être réutilisé, uranium et plutonium, de ce qui est purement déchets.

L’uranium, qui constitue 95 % de la masse et contient encore 1 % d’isotope 235 fissile, peut être recyclé. Le plutonium, 1 % en masse, qui comporte 70 % d’isotopes fissiles, peut produire de l’énergie et être brûlé après avoir été recyclé dans du combustible MOX. Les 4 % restants - produits de fission et actinides mineurs - concentrent 99,5 % de la radioactivité alpha et 97,6 % des radioactivités bêta et gamma du combustible irradié. Ce sont des déchets.

Ces déchets sont très radioactifs, mais ils sont conditionnés en étant enrobés dans des verres ou des céramiques qui offrent une meilleure protection à longue échéance pour l’environnement que le stockage en l’état des déchets non retraités. Comme pour ces derniers, le devenir de ces déchets est dans l’attente de décision, mais leur volume étant 25 fois plus petit l’entreposage pose moins de problèmes d’encombrement.

Coùts du cycle du combustible

On peut retenir pour la part relative des coûts associés à chacune des étapes du cycle les chiffres suivants ;
extraction de l'uranium : 24,6 % ;
conversion de l’uranium : 3,3 % ;
enrichissement de l’uranium : 21,3 % ;
fabrication du combustible : 16,4 % ;
entreposage et traitement des combustibles usés : 26,2 % ;
stockage définitif des déchets : 8,2 %.
Ces pourcentages publiés dans le rapport « DIGEC » de 1997 ont peu variés depuis.