"Amont" du cycle

L’uranium possède essentiellement deux isotopes, de masses atomiques 235 et 238, notés 235U et 238U. A l’état naturel, l’uranium comporte 99,3 % 238U pour 0,7 % 235U. Seul 235U est facilement fissile, mais quand 238U absorbe un neutron, il se transforme en plutonium 239, 239Pu, qui est fissile.

L’uranium n’est pas un métal très rare : on trouve des gisements d’uranium sur tous les continents, mais il y est souvent peu concentré (de l’ordre de 1 % d’uranium dans le minerai). Avant de pouvoir l’utiliser dans un réacteur, il faut lui faire subir une série de transformations que l’on appelle cycle du combustible nucléaire.

Il faut d’abord concentrer le minerai sur place et le purifier pour obtenir du yellowcake dont la teneur en uranium dépasse 75 %. Ce concentré est transporté jusqu’à une usine de conversion qui le transformera en un composé chimique, l’hexafluorure d’uranium UF6, qui devient gazeux vers 80°C.

L’hexafluorure passe ensuite dans une usine de séparation isotopique où les molécules de gaz sont triées dans une série de centrifugeuses pour obtenir un uranium enrichi dont la teneur en 235U atteint ou dépasse 4 %. Le reste, constitué d’uranium appauvri, à 0,25 % en 235U, est entreposé : il pourra servir dans les réacteurs d’une future génération, les surgénérateurs.

L’hexafluorure d’uranium enrichi est alors converti en poudre solide d’oxyde d’uranium UO2. Cet oxyde est aggloméré (par frittage) en petites pastilles de céramique de forme cylindrique, d’un diamètre inférieur à 1 cm. Ces pastilles sont empilées dans de longs tubes métalliques, en alliage de zirconium, soudés pour être étanches, les crayons combustibles. Ces crayons sont alors assemblés en fagots, maintenus par des grilles, pour constituer un assemblage combustible. Un assemblage mesure environ 4 m de haut, avec une section carrée de 30cm de côté, et il contient près de 250 crayons. Il faut entre 150 et 200 assemblages pour remplir le cœur d’un réacteur.

"Aval" du Cycle

Quand un assemblage est usé, il contient encore des matières fissiles : de l’uranium dont la teneur en 235U est redescendue un peu en dessous de 1 %, et du plutonium qui s’est formé sur place. Il contient aussi un mélange très complexe de produits de fissions et de quelques atomes encore plus lourd que l’uranium, les actinides mineurs. Ces produits sont inutilisables dans les conditions techniques actuelles : ils constituent les déchets radioactifs de haute activité.

Les combustibles usés déchargés d’un réacteur sont très radioactifs et très chauds. On les laisse refroidir quelques années sous eau, avant de procéder à leur traitement (on dit aussi retraitement).

Certains pays ont fait le choix de ne pas récupérer les matières fissiles résiduelles et de gérer les combustibles usés comme des déchets ultimes. Beaucoup d’autres pays n’ont pas encore choisi, et entreposent les combustibles usés en attendant.

Le traitement consiste donc, par des traitements mécaniques (cisaillage) et chimiques (dissolution puis extractions par solvant) à séparer trois flux :

- L’uranium, qui sera enrichi à nouveau pour fabriquer de nouveaux assemblages,

- Le plutonium qui sera mélangé à de l’uranium appauvri pour fabriquer des assemblages dits "MOX", analogues aux assemblages à l’uranium enrichi,

- Les déchets ultimes, qui seront conditionnés avant entreposage et disposition finale.

Les morceaux du "squelette" métallique des assemblages sont compactés sous très haute pression et enfermés dans des conteneurs cylindriques en acier inoxydable. Tout le reste des déchets radioactifs est transformé en blocs de verre compacts, coulés dans des conteneurs analogues aux précédents. Ces deux types de conteneurs sont entreposés dans des bâtiments spécialisés sur le site de l’usine de traitement, en attendant leur disposition finale.