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Dossier sur le cycle du combustible nucléaire

Du multi-recyclage en REP à la fermeture du cycle


Pour répondre aux enjeux stratégiques de fermeture du cycle, le CEA mène des études, recherches et développements sur des procédés de multi-recyclage du combustible usé, à moyen terme, en réacteurs à eau pressurisée (REP) et, à plus long terme, dans des réacteurs à neutrons rapides (RNR).

Publié le 28 juillet 2021

Le multi-recyclage en REP 

Des études sont menées par le CEA, Orano, EDF et Framatome pour mesurer l’intérêt, la faisabilité, la compétitivité et la performance du multi-recyclage de l’uranium et du plutonium dans les REP. Elles concernent de nombreuses questions telles que la sûreté en réacteur, les procédés de traitement et de fabrication, le transport, l’entreposage et le stockage des déchets produits. 

Les bénéfices du multi-recyclage en REP 

Ce multi-recyclage en REP permettrait de stabiliser l’inventaire des combustibles usés produits par le parc de réacteurs français en réutilisant intégralement l’uranium et le plutonium issus du traitement des combustibles UOx et MOX. Il contribuerait de plus à diminuer encore la consommation d’uranium naturel : 10 % de moins par rapport au mono-recyclage et 20 % par rapport à un cycle sans recyclage, dit ouvert. 

Les contraintes à prendre en compte 

Cependant, la dégradation de la qualité du plutonium lors de son recyclage en REP nécessite de concevoir de nouveaux assemblages combustibles contenant du plutonium et de l’uranium enrichi, à la différence du MOX qui est fait en utilisant de l’uranium appauvri. 

De plus, le recyclage de l’ensemble des matières issues de tous les combustibles usés conduit à augmenter les quantités de plutonium dans le cycle du combustible et dans les réacteurs. Les conséquences de cette augmentation sur les performances des réacteurs (sûreté et exploitation) et le cycle du combustible (traitement, fabrication, transport, entreposage) doivent être prises en compte. 

VidéoLe recyclage des combustibles usés


La fermeture du cycle 

Les développements technologiques nécessaires à la mise en œuvre du multi-recyclage en REP sont précurseurs de ceux nécessaires pour la fermeture du cycle. Le multi-recyclage en REP serait ainsi une étape importante avant le déploiement, à long terme, du multi-recyclage au moyen de réacteurs à neutrons rapides (RNR) et d’usines du cycle associées. Un déploiement de réacteurs de ce type n’est pas programmé en France avant la deuxième moitié du 21e siècle mais le CEA et ses partenaires industriels poursuivent les développements de procédés de traitement et de fabrication de nouveaux combustibles adaptés, en particulier, aux teneurs élevées en plutonium, caractéristiques des combustibles des RNR (de l’ordre de 25 % contre 10 % dans les combustibles MOX des REP). 

Les bénéfices du multi-recyclage en RNR 

Les réacteurs à neutrons rapides valorisent tous les isotopes du plutonium, ce qui permet un recyclage récurrent du combustible. De plus, la consommation de plutonium des RNR peut être compensée dans ces réacteurs par la capture de neutrons rapides par l’238U qui conduit à la génération de 239Pu. Ainsi, le parc de RNR produirait lui-même son combustible fissile à partir des réserves d’uranium appauvri présentes en France, permettant ainsi à la France d’atteindre son indépendance vis-à-vis des ressources naturelles d’uranium. 


VidéoLe recyclage des combustibles usés pour les futurs réacteurs à neutrons rapides de 4e génération


Par ailleurs, les RNR génèrent environ quatre fois moins d’actinides mineurs, qui sont des déchets à vie longue, que les réacteurs du parc actuel, tout en produisant la même quantité d’électricité. Ils seraient même capables de « brûler » ces éléments, en particulier l’américium, en les transformant en produits de fission à la durée de vie beaucoup plus courte. Cette opération, dite de transmutation, a fait l’objet de recherches poussées, tant en France, par le CEA, qu’au Japon et aux États-Unis. Les déchets pourraient ainsi retrouver en trois siècles, au lieu de plusieurs dizaines de millénaires, une radiotoxicité comparable à celle du minerai d’uranium naturel. 

La R&D sur la séparation-transmutation se poursuit actuellement dans un cadre européen (projets Horizon 2020 GENIORS et PATRICIA) et une voie plus innovante, mettant en œuvre des réacteurs à sels fondus, va être explorée afin d’en identifier toutes les potentialités, mais également les verrous technologiques.