Du plutonium pour produire de l'électricité

Grâce à ses propriétés fissiles, le plutonium participe à la production d'énergie au cœur des réacteurs nucléaires. Dans une centrale électronucléaire classique, ne contenant que des assemblages combustibles à l'uranium, le plutonium formé in situ contribue déjà à produire entre 30% et 40% de l'énergie totale.
Par ailleurs, après usage en réacteur, le combustible usé des REP, s'il ne permet plus la production d’énergie par la fission entretenue, contient encore des matières valorisables dont 1% de plutonium.

Presse pastilles Mox © CEA

En France, le traitement des combustibles usés permet de récupérer ce plutonium et de le réutiliser dans les centrales sous la forme d'un nouveau combustible, appelé Mox. 850 tonnes de combustibles usés provenant des réacteurs d'EDF sont ainsi traités dans l'usine Cogema à La Hague, avec une production de l’ordre de 8 à 9 tonnes par an de plutonium. Ce dernier est utilisé sous forme d’oxyde de plutonium (^O2Pu) pour la fabrication d’assemblages à base de Mox dans l’usine Melox de Cogema à Marcoule.
Le combustible Mox est utilisé dans les centrales EDF depuis 1987. Pour ne pas affecter le fonctionnement des réacteurs à eau pressurisée qui n'ont pas été initialement conçus pour le plutonium, on n'introduit dans la charge de combustible que 30% d’assemblages Mox à côté de 70% d’assemblages traditionnels à l'uranium enrichi.
Aujourd'hui, 20 tranches 900 MW d’EDF sont autorisées à être chargées avec des combustibles Mox. Ce recyclage contribue ainsi à la production électrique d’origine nucléaire pour environ 7%, soit près de 30 TWhe par an.
Des concepts permettent une utilisation accrue et optimale des ressources naturelles d’uranium via l’utilisation du plutonium sans nécessiter les opérations d’enrichissement de l’uranium nécessaires aux combustibles des réacteurs électronucléaires actuels. Ces concepts, dits à spectre de neutrons rapides, permettent ainsi de multiplier par plus de 50 l’utilisation de l’uranium initialement extrait, comparativement aux réacteurs électronucléaires actuels, via la capture des neutrons par l’uranium. Cette voie ouvre des perspectives sur une optimisation de la production d’énergie minimisant les besoins en ressources naturelles, permettant d’augmenter considérablement le gain de 7% actuel.


Du plutonium pour les armes nucléaires

Avant d'en faire un usage civil, le plutonium, de même que l'uranium 235, a surtout été utilisé comme constituant privilégié de l'arme atomique. Le plutonium à usage militaire se distingue du plutonium à usage civil par sa composition isotopique. Le plutonium utilisé dans les armes nucléaires comporte en effet une quantité très importante de l’isotope fissile ²³⁹Pu : plus de 90% contre environ 60% pour le plutonium civil.

Vue aérienne des réacteurs " plutonigènes" G1, G2 et G3. © JM.Taillat/Areva-CEA

En France, des installations ont été spécifiquement conçues pour cette production, comme les réacteurs " plutonigènes " G1, G2 et G3 et l'usine UP1 de traitement des combustibles irradiés à Marcoule. Depuis 1992, la production de plutonium de qualité militaire est arrêtée, la France ayant décidé de ne plus en produire ; la suffisance étant assurée, les systèmes d'armes futurs utiliseront des matières issues du démantèlement des armes retirées du service.
De plus, les installations dédiées à la fabrication de plutonium à usage militaire sont arrêtées, et en cours de démantèlement. Ainsi les réacteurs " plutonigènes " de Marcoule ont atteint le niveau 2 de démantèlement, en 1994 pour le réacteur G1 et en 1997 pour G2 et G3. L'usine UP1 de Marcoule a cessé toute activité sur les combustibles pour la Défense en 1993 et a été définitivement arrêtée à la fin de l'année 1997. En effet, les capacités de cette usine ont pu être mises à profit pour les besoins civils de traitement de combustibles graphite-gaz jusqu'à 1997. Les opérations de démantèlement de l'installation sont actuellement encore cours.