La matière qui entre et sort des réacteurs nucléaires actuels
Pour bien appréhender les enjeux du cycle du combustible, il faut
faire le bilan de ce qui entre et sort des réacteurs nucléaires actuels, les réacteurs à eau sous pression (REP). Le combustible neuf, à base d’oxyde d’uranium (UOx), est fabriqué à partir d’uranium naturel issu des mines qui, après purification et enrichissement, contient 4 % d’uranium 235 (235U) fissile [1], le reste étant de l’uranium 238 (238U). En sortie de réacteur, il reste l’essentiel de l’238U, une partie de l’235U initial et des produits de fission hautement radioactifs ayant une durée de vie de l’ordre du siècle. À cela s’ajoutent 1 % de plutonium et 0,1 % d’actinides mineurs qui ont des durées de vie s’étendant sur des dizaines de millénaires.
[1] Le noyau d’un atome fissile peut se scinder en libérant une grande quantité d’énergie sous un flux de neutrons. L’235U est le seul élément fissile naturel. A contrario, l’238U, de loin le plus abondant, n’est pas fissile mais fertile : il peut donner des éléments fissiles après capture de neutrons.
Le choix du recyclage
La France a fait
le choix stratégique du recyclage qui consiste à
extraire l’uranium et le plutonium du combustible usé pour les recycler dans de nouveaux assemblages de combustible tels que le
MOX (Mixed OXides). Seuls les produits de fission et les
actinides mineurs, considérés comme des déchets, sont vitrifiés et stockés.
Les bénéfices du recyclage
La réutilisation des matières valorisables des combustibles déchargés des réacteurs nucléaires (uranium et plutonium) permet d’économiser les ressources naturelles en uranium. Cette démarche minimise également la quantité des déchets de haute activité qui doivent faire l’objet d’un traitement de vitrification.
Du mono-recyclage à la fermeture du cycle
Une stratégie en trois étapes a été définie dans la Programmation Pluriannuelle de l’Energie (PPE) parue en avril 2020. Le CEA contribue, en soutien aux industriels de la filière nucléaire, à l’ensemble de ces étapes.
Piscine d’entreposage du combustible usé à La Hague. © Areva/JM Taillat
A court terme : l’utilisation du MOX dans tous les REP
La stratégie consiste à
étendre les possibilités techniques d’utilisation des combustibles MOX dans des réacteurs actuels d’EDF de 1 300 MWe. En effet, jusqu’à présent, les combustibles MOX ne sont utilisés que dans des réacteurs de 900 MWe, dont la PPE prévoit la fermeture pour une douzaine d’entre eux d’ici 2035. Les combustibles MOX, élaborés à partir du plutonium extrait des combustibles usés et de l’uranium appauvri, permettent le mono-recyclage, première étape visant à la fois à tirer le meilleur parti des ressources dans les réacteurs actuels et à minimiser le volume des déchets.
A moyen terme : du mono au multi-recyclage
Un
objectif d’industrialisation du multi-recyclage de l’uranium et du plutonium dans les réacteurs à eau sous pression en 2040 est indiqué dans la PPE, sous réserve d’une validation de sa faisabilité technico-économique. Des études sont ainsi conduites par le CEA, Orano, EDF et Framatome pour mesurer la performance et la compétitivité de ce procédé. Grâce à ce multi-recyclage en REP, il serait possible de réutiliser intégralement l’uranium et le plutonium issus du traitement des combustibles UOx et MOX et de diminuer encore la consommation d’uranium naturel.
A long terme : la fermeture complète du cycle du combustible
La stratégie française s’inscrit dans la perspective d’une fermeture complète du cycle du combustible avec la mise en œuvre du multi-recyclage au moyen de réacteurs nucléaires à neutrons rapides de 4e génération (RNR) dont la mise en œuvre pourrait intervenir dans la deuxième moitié du 21e siècle.