LA PRÉPARATION DES ASSEMBLAGES DE COMBUSTIBLE

Après enrichissement, l’hexafluorure d’uranium est converti en oxyde d’uranium sous la forme d’une poudre noire. Celle-ci est comprimée puis frittée (cuite au four) pour donner des petits cylindres d’environ 1 cm de long et gros comme des petits morceaux de craie, appelés “pastilles”. Chaque pastille, qui ne pèse que 7 g, peut libérer autant d’énergie qu’une tonne de charbon (1 million de grammes).
Les pastilles sont enfilées dans de longs tubes métalliques de 4 m de long en alliage de zirconium, les “gaines”, dont les extrémités sont bouchées de manière étanche pour constituer les “crayons” de combustible. Pour une centrale, plus de 40 000 crayons sont préparés pour être rassemblés en “fagots” de section carrée, appelés assemblages de combustible. Chaque assemblage contient 264 crayons. Le chargement d’un réacteur nucléaire de 900 mégawatts (millions de watts) nécessite 157 assemblages contenant en tout 11 millions de pastilles.

LA CONSOMMATION DE L'URANIUM 235

Les assemblages de combustible, disposés selon une géométrie précise, forment le cœur du réacteur. Chacun va y séjourner pendant trois ou quatre ans. Durant cette période, la fission de l’uranium 235 va fournir la chaleur nécessaire à la production de vapeur puis d’électricité.
En effet, l’uranium 235 est fissile. Cela signifie que, sous l’effet de la collision avec un neutron, son noyau se casse (fissionne) en produits de fission radioactifs tout en libérant de l’énergie. En revanche, l’uranium 238, qui représente pourtant 97 % de la masse d’uranium enrichi, ne se casse pas lors de l’absorption d’un neutron. Cependant, certains noyaux d’uranium 238 capturent un neutron et se transforment en plutonium 239, lequel est fissile comme l’uranium 235 : c’est pourquoi on dit que l’uranium 238 est fertile. Une partie du plutonium 239 peut fournir de l’énergie par fission des noyaux. Une petite partie se transforme aussi en d’autres isotopes du plutonium par capture de neutrons.

A DÉGRADATION DU COMBUSTIBLE

Au fil du temps, le combustible va subir certaines transformations qui le rendent moins performant :

• consommation progressive d’uranium 235;
• apparition de produits de fission (absorbant les neutrons,ces produits perturbent la réaction en chaîne).

Au bout d’un certain temps, le combustible doit donc être retiré du réacteur même s’il contient encore des quantités importantes de matières énergétiques récupérables, notamment l’uranium et le plutonium. Ce combustible usé est également très radioactif en raison de la présence des produits de fission. Les rayonnements émis par ces atomes radioactifs dégagent beaucoup de chaleur et, après son utilisation, le combustible usé est donc entreposé dans une piscine de refroidissement près du réacteur pendant trois ans pour laisser diminuer son activité (voir dossier pédagogique La radioactivité).