Cycle du combustible nucléaire

Le minerai d’uranium extrait du sol ne peut servir directement comme combustible nucléaire. Il faut le soumettre à plusieurs traitements avant de pouvoir l’utiliser de façon efficace pour produire de l’électricité. On appelle « cycle du combustible nucléaire » la transformation du minerai d’uranium en combustible nucléaire et, par la suite, la manutention des déchets radioactifs.

Le cycle du combustible nucléaire comprend plusieurs étapes :

Extraction – Selon la profondeur et la concentration de la source d’uranium et l’état de la roche environnante, les sociétés minières ont recours à l’une des trois méthodes d’extraction suivantes : exploitation à ciel ouvert, exploitation souterraine ou récupération sur place.

Concentration – Pour extraire l’uranium, on broie le minerai dans une usine de concentration de manière à obtenir une boue fine. On procède ensuite à la lixiviation de cette boue dans de l’acide sulfurique, ce qui produit une solution d’oxyde d’uranium (U3O8). Le concentré de cette solution est appelé « yellowcake ».

Raffinage – Une série de procédés chimiques permet d’enlever les impuretés du minerai pour obtenir un trioxyde d’uranium (UO3) de haute pureté.

Conversion – On convertit le trioxyde d’uranium (UO3) en dioxyde d’uranium (UO2) en vue de l’utiliser dans les réacteurs à eau lourde ou en hexafluorure d’uranium (UF6) en vue de l’enrichir pour pouvoir l’utiliser dans les réacteurs à eau ordinaire.

Enrichissement – L’uranium 235 est un isotope d’uranium qui peut être utilisé dans la fission nucléaire, mais il ne représente qu’environ 0,7 % de l’uranium présent dans la nature. Comme cette concentration n’est pas suffisante pour les réacteurs à eau ordinaire, on enrichit l’uranium afin d’atteindre une concentration d’uranium 235 de l’ordre d’environ 3 à 5 %. Après l’enrichissement, l’UF6 est retransformé en poudre d’UO2 au moyen de procédés chimiques.

Fabrication du combustible – La poudre d’UO2 naturel ou enrichi est comprimée en petites pastilles qui sont ensuite cuites dans un four à haute température et façonnées à des dimensions précises.

Production d’électricité – Le combustible est chargé dans un réacteur et la fission nucléaire chauffe un fluide (généralement de l’eau ordinaire ou lourde) pour produire la vapeur qui actionne les turbines produisant l’électricité.

Stockage – Le combustible irradié est retiré du réacteur et immergé dans une piscine de refroidissement pendant plusieurs années. Lorsque la radioactivité et la chaleur ont suffisamment diminué, on place le combustible dans des installations de stockage en béton et en acier sur le site.

Retraitement chimique facultatif – Après une période de stockage, l’uranium résiduel et le plutonium sous-produit de la fission, qui constituent tous deux des sources d’énergie encore utiles, sont récupérés dans les éléments de combustible irradié pour être retraités.

Élimination – Selon la conception de l’installation de stockage, le combustible nucléaire pourra être récupéré au besoin ou stocké en permanence. Dans l’avenir, le combustible irradié sera encapsulé dans de robustes conteneurs résistants à la lixiviation et enfoui en permanence profondément dans le sol, d’où il a été extrait à l’origine.

Nuclear fuel cycle (French)