Le recyclage dans le cycle du combustible

Les propriétés particulières de l'uranium permettent son utilisation dans un cycle économisant des matières premières. Les différentes étapes – de l’extraction de l'uranium dans les mines, au recyclage et à l’élimination des déchets radioactifs en passant par l’utilisation du combustible nucléaire dans la centrale – sont englobées dans le concept de «cycle du combustible».

Le cheminement de l'uranium commence par son extraction dans la nature, généralement dans les roches uranifères des mines, mais on peut aussi en obtenir comme sous-produit lors de la production d'autres substances.

Pour plus d’informations sur les mines d’uranium et les réserves d’uranium de la Terre, veuillez cliquer ici.

Après son extraction, la roche uranifère est séparée du reste de la roche, broyée puis concassée.

Ensuite, on sépare l'uranium de la roche d’accueil par des moyens chimiques, avant de le purifier.

Le produit ainsi obtenu est une poudre jaune, composée à 90 % d’uranium et d’oxygène, à laquelle son aspect a valu le nom de «yellow cake» (gâteau jaune).

Parmi les types d’uranium (appelés isotopes) présents dans la nature, un seul – l'uranium 235 – est facilement fissible. Le «yellow cake» qui provient de la mine d’uranium comporte, certes, de l'uranium 235, mais dans une proportion de 0,7 % seulement, ce qui est trop faible pour faire fonctionner les réacteurs à eau légère, le type de réacteur le plus répandu au monde. Pour plus d’informations sur les différents types d’uranium et leurs propriétés, veuillez cliquer ici.

Les cinq centrales nucléaires suisses – Beznau 1, Beznau 2, Mühleberg, Gösgen et Leibstadt – sont elles aussi équipées de réacteurs à eau légère. Ce type de réacteur nécessite un combustible nucléaire à la teneur en uranium 235 légèrement plus élevée que dans l’uranium naturel. Celui-ci est donc «enrichi», ce qui signifie que l’on modifie les proportions des différents types d’uranium en faveur de l'uranium 235.

Ce processus d'enrichissement est très minutieux sur le plan technique. On recourt à une technique de séparation exploitant la différence de poids entre l'uranium 235 et l'uranium 238. Le noyau atomique de l'uranium 238 comporte trois particules (neutrons) de plus. De ce fait, il est légèrement plus lourd que l'uranium 235.

Avant d’être traité dans les installations d’enrichissement, il faut donner une forme appropriée au «yellow cake». Cette étape est appelée la «conversion». L'uranium prend alors une couleur blanche: on dirait du sel. A l’intérieur de l'installation d’enrichissement, ce matériau est facilement transformé en gaz avant de redevenir solide après le processus de séparation.

Plusieurs techniques permettent d’enrichir l'uranium 235. à l’heure actuelle, la séparation par centrifugation rapide s’est imposée car cette méthode exige moins d’énergie.

En Europe, il existe des installations d’enrichissement commerciales en Allemagne, en France, en Grande-Bretagne et aux Pays-Bas. L'uranium légèrement enrichi n’est utilisable que par les centrales nucléaires et ne peut être employé pour la fabrication d’armes nucléaires. Les installations d’enrichissement sont contrôlées et surveillées par l’autorité de sûreté nucléaire de chaque pays ainsi que par l’AIEA.

L'uranium restant après l’enrichissement est ce que l’on appelle de l'uranium appauvri. Il ne contient presque plus d'uranium 235 et il est stocké. En cas d’augmentation du prix de l'uranium, il pourra être ré-enrichi afin de permettre l’utilisation de la fraction d'uranium 235 qu’il contient encore. Il est par ailleurs possible d’utiliser ultérieurement cet uranium dans ce que l'appelle des surgénérateurs, afin de produire de l'énergie. L'uranium appauvri n’est donc pas un déchet mais un combustible nucléaire potentiel. L’AIEA met à disposition des informations très complètes sur le thème de l'uranium appauvri («depleted uranium»). Pour obtenir plus d’informations, veuillez cliquer ici (Informations en anglais).

Le matériau légèrement enrichi en uranium 235 est transporté en vue de la fabrication des assemblages combustibles. L'uranium est alors à nouveau transformé: à partir de cette matière blanche semblable à du sel, on obtient une poudre noire (oxyde d’uranium, dont la formule chimique est UO₂). Celle-ci est pressée en petites pastilles de combustible.

Ces pastilles sont enfilées dans un long tube mince. Ces tubes, les crayons combustibles, sont assemblés en plus ou moins grand nombre selon le type de réacteur. Le combustible nucléaire est alors prêt à être utilisé par la centrale nucléaire.

[Bild: Coup d’œil dans le centre de stockage intermédiaire central de Würenlingen: conteneurs avec des déchets hautement radioactifs et des assemblages combustibles usés. (Photo: Zwilag)]

Dans la centrale, le cycle du combustible revêt tout son sens: la fission nucléaire se déroule ici, dans le réacteur. L’énergie libérée est transformée en électricité et acheminée vers le réseau de distribution. Pour obtenir plus d’informations sur le fonctionnement d’une centrale nucléaire, veuillez cliquer ici.

Au bout de plusieurs années passées dans le réacteur, la fission qui se produit à l’intérieur d’un assemblage combustible a été telle qu’il est nécessaire de remplacer ce dernier. Chaque année, une partie des assemblages combustibles sont donc sortis du réacteur et remplacés. Les éléments combustibles usés, encore fortement radioactifs et émettant toujours de la chaleur après leur sortie du réacteur, sont alors transférés vers le dépôt de la centrale prévu à cet effet, où ils sont mis à refroidir pendant quelques années et où ils vont perdre une partie de leur radioactivité.

Après cette phase de stockage sur le site de la centrale, ils sont transportés vers le centre de stockage intermédiaire (Zwilag) central de Würenlingen, dans le Canton d’Argovie, où ils resteront une quarantaine d’années. Pendant cette période, la majeure partie de leur radioactivité va disparaître, au fur et à mesure de leur refroidissement.

Pour plus d’informations sur le centre de stockage intermédiaire, veuillez cliquer ici ou visiter le site web officiel du Zwilag.

Vous trouverez ici des informations complémentaires sur le transport des substances radioactives.

[Bild: Le recyclage préserve les ressources: l’installation de retraitement de La Hague, en France. (Photos: Areva)]

Un assemblage radioactif usé, après sa sortie du réacteur où il a été utilisé pendant trois à quatre années, ne comprend qu’environ 4 % de déchets radioactifs. Les 96 % restants sont en principe encore utilisables comme combustible nucléaire. On sépare le combustible nucléaire réutilisable des déchets hautement radioactifs dans des installations de retraitement telles que celles de La Hague, en France ou de Sellafield, en Angleterre; le combustible nucléaire sera ensuite de nouveau utilisable en vue de la production d'électricité.

Les déchets hautement radioactifs restants sont solidifiés en blocs de verre pour le stockage géologique en profondeur et confinés dans des conteneurs spéciaux, résistant aux collisions, aux incendies et même à des tirs de projectiles très lourds. Les conteneurs avec les déchets hautement radioactifs reviennent en Suisse où ils sont entreposés dans le centre de stockage intermédiaire de Würenlingen.

Ce recyclage permet de préserver les ressources en uranium, de réduire le volume de déchets radioactifs ainsi que la durée pendant laquelle ils devront être confinés.

Certains pays renoncent à retraiter les déchets et entreposent directement les assemblages combustibles usés dans des dépôts géologiques de grande profondeur après la période de refroidissement en centre de stockage intermédiaire. Certes, on limite ainsi les transports, mais le volume de résidus hautement radioactif est augmenté. Par ailleurs, la durée pendant laquelle ces déchets devront être confinés est multipliée par dix.

Jusqu’à une date récente, les centrales nucléaires suisses recyclaient leur combustible nucléaire usagé. En 2003, les Chambres fédérales ont cependant décrété un moratoire: depuis la mi-2006 et pendant une durée de dix ans, plus aucun assemblage combustible ne pourra être introduit à l'étranger. Au lieu de cela, les assemblages combustibles seront d’abord stockés dans des centres de stockage spéciaux sur le site même des centrales nucléaires puis dans le centre de stockage intermédiaire de Würenlingen. Pendant cette période, ils perdront une grande partie de leur radioactivité. Aucune décision n'a encore été prise quant au retraitement des assemblages combustibles ou à leur transfert direct du centre de stockage intermédiaire à un dépôt final pour déchets à haute activité (DHA).

Pour obtenir plus d’informations sur le cadre juridique suisse, veuillez cliquer ici.

Après avoir refroidi dans un centre de stockage intermédiaire, les déchets hautement radioactifs solidifiés en blocs de verre après le recyclage, et les assemblages combustibles usés devant être éliminés directement, sont transportés vers un dépôt en couches géologiques profondes, où ils sont conservés à l’écart des hommes, des animaux et des plantes jusqu'à la disparition de leur radioactivité résiduelle.

Les spécialistes du monde entier s’entendent depuis longtemps pour reconnaître que le stockage en couches géologiques profondes et dans des roches adéquates constitue une solution sûre pour des milliers d’années. Ceci vaut pour l’élimination des déchets des centrales nucléaires mais aussi pour les déchets radioactifs de la médecine, de l’industrie et de la recherche. 

Le Parlement suisse a donc prescrit le stockage en couches géologiques profondes pour tous les types de déchets radioactifs.

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