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Cycle du combustible nucléaire

Pour un réacteur à eau pressurisée, le cycle du combustible nucléaire comprend les étapes suivantes : préparation des matières premières dans les mines, transformation du combustible dans le réacteur, puis retraitement et stockage des produits usés. L’uranium naturel, contenant 0,7 p. 100 d’uranium-235, est obtenu à partir d’un minerai qui est concentré par broyage, puis envoyé dans une usine de transformation où il est converti en hexafluorure d’uranium (UF₆). Ce gaz est enrichi à environ 3 p. 100 (d’uranium-235), transformé en poudre d’oxyde d’uranium puis en pastilles de céramique d’oxyde. Ces pastilles sont alors placées dans des barreaux résistant à la corrosion ; ceux-ci sont assemblés en éléments de combustible, puis expédiés vers la centrale nucléaire.

Un réacteur à eau pressurisée typique (900 MW) utilise environ 200 éléments de combustible, dont le tiers est remplacé chaque année du fait de l’épuisement de l’uranium-235 et de la formation de produits de fission qui absorbent les neutrons. À la fin de son cycle de vie, le combustible — contenant alors des produits de fission — est extrêmement radioactif ; il émet donc une quantité considérable d’énergie résiduelle. Le combustible déchargé est placé pendant au moins un an dans des piscines de stockage contenant de l’eau. À la fin de la période de refroidissement, les éléments de combustible épuisé sont expédiés dans des conteneurs étanches, soit vers des installations de stockage définitif, soit vers une usine de retraitement chimique, telle que l’usine Cogema de la Hague. Dans ces usines, l’uranium inutilisé et le plutonium produit dans le réacteur sont récupérés et recyclés en nouveaux éléments combustibles, alors que les déchets radioactifs subissent une série d’opérations mécaniques et chimiques avant d’être stockés.

Le combustible épuisé contient encore la quasi-totalité de l’uranium-238 initial, environ le tiers de l’uranium-235 et une faible quantité du plutonium produit dans le réacteur. Lorsque le combustible épuisé est destiné à un stockage définitif, ce potentiel d’énergie n’est pas utilisé. En revanche, lorsque le combustible est retraité, l’uranium est recyclé dans une usine d’enrichissement par diffusion et le plutonium-239 récupéré peut être utilisé à la place de l’uranium-235 dans les nouveaux éléments de combustible.

Dans le cycle du combustible des surgénérateurs, le plutonium produit dans le réacteur est toujours recyclé pour être utilisé dans un nouveau combustible. La matière première de l’usine de fabrication des éléments de combustible est constituée d’uranium-238 recyclé, d’uranium appauvri provenant de l’usine de séparation isotopique et, en partie, de plutonium-239 récupéré. Les réserves actuelles d’uranium sont suffisantes pour alimenter les surgénérateurs pendant plusieurs siècles. Comme le surgénérateur produit plus de plutonium-239 qu’il n’en consomme, environ 20 p. 100 du plutonium récupéré sont stockés pour le démarrage de nouveaux surgénérateurs.

Le stade final du cycle de tous les combustibles nucléaires est le stockage à long terme des déchets hautement radioactifs qui sont nocifs pendant des milliers d’années. Ces déchets sont vitrifiés, puis conditionnés dans des fûts en acier inoxydable qui sont stockés dans de profondes galeries souterraines.