Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

Des technologies compétitives au service du développement durable
La conception des assemblages des combustibles nucléaires doit répondre aux
exigences des performances en termes de puissance attendue des réacteurs et
d’adaptation aux variations imposées par le réseau, de confinement de la
radioactivité, de durée de vie, de fiabilité et d’économie. Les matériaux des
assemblages sont choisis pour leur résistance aux sollicitations mécaniques et
thermiques durant le fonctionnement des réacteurs, leur compatibilité avec le
caloporteur (corrosion) et pour leurs caractéristiques neutroniques.
AREVA fournit des assemblages de combustible pour les réacteurs à eau légère (REP
et REB) et les réacteurs de recherche, et maîtrise le processus complet de leur
fabrication. Son dispositif de production implanté en France, en Allemagne et aux
États-Unis représente près du tiers des capacités mondiales de fabrication.
Un assemblage de combustible peut contenir de 200 kg à 500 kg de matière fissile, en
fonction du type d’assemblage. Il est constitué de crayons contenant cette matière
fissile et d’un cadre métallique, le « squelette », généralement fabriqué en alliage de
zirconium.
La première étape consiste à défluorer l’hexafluorure d’uranium (UF 6
) enrichi pour
obtenir une poudre d’oxyde d’uranium (UO 2
). Ensuite, les techniques de la métallurgie
de la céramique permettent de comprimer la poudre pour en faire des pastilles.
Celles-ci sont ensuite frittées, c’est-à-dire cuites dans des fours à très haute
température (environ 1 700 °C), calibrées à quelques micromètres près et enfin
enfilées dans des gaines remplies d’hélium et bouchées à chaque extrémité. Ces
« crayons » combustibles contiennent environ 300 pastilles d’uranium chacun et sont
insérés dans les structures de l’assemblage. Chaque assemblage comporte, dans le
cas du parc de production français, 264 crayons. Selon les types de centrales, le
cœur du réacteur comprend entre 157 et 250 assemblages combustibles pour les
réacteurs à eau pressurisée. Celui des réacteurs EPR en contient 265.
Pour assurer la production électronucléaire française, environ 1 200 tonnes de
combustibles neufs sont chargées annuellement dans les 58 réacteurs, nécessitant
l’extraction d’environ 8 200 tonnes d’uranium naturel.
Le traitement des combustibles usés (voir 3.5) permet de récupérer 96 % des matières
contenues dans l’assemblage à sa sortie du réacteur. L’activité de recyclage consiste à
utiliser l’uranium et le plutonium issus de ce combustible usé pour la fabrication de
nouveaux combustibles, comme le « MOX », mélange d’oxydes d’uranium et de
plutonium. Le combustible MOX (mixed oxyde fuel) est un mélange d’environ 93 % de
poudre d’uranium appauvri et de 7 % de poudre d’oxyde de plutonium.
AREVA est leader mondial en matière de fabrication de combustible MOX avec plus
de 1 570 tonnes de métal lourd et plus de 3 000 assemblages produits depuis le
démarrage de l’usine AREVA Melox en 1995.
Le comportement en réacteur du combustible MOX, obtenu grâce au recyclage du
plutonium, est globalement comparable à celui du combustible à l’uranium enrichi. Le
combustible MOX est utilisé depuis 1972 en Allemagne, 1984 en Suisse, 1987 en
France, 1995 en Belgique. En France, 21 réacteurs sont techniquement adaptés pour
recevoir ce type de combustible. Ces réacteurs fournissent 20 % à 25 % de la
production électrique nationale. Des demandes d’autorisation d’EDF pour charger
d’autres réacteurs sont en cours. La Chine a inscrit le recyclage dans sa politique de
Centre d’analyse stratégique - 86 - Août 2012
www.strategie.gouv.fr