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Traiter le combustible usé des réacteurs

Piscine d'entreposage de combustibles nucléaires usés AREVA la Hague

L’usine AREVA la Hague, située dans la Manche, assure la première étape du recyclage des combustibles nucléaires usés. Cette opération industrielle répond à un ensemble de considérations énergétiques et environnementales. L’établissement dispose de la capacité industrielle nécessaire au traitement annuel des combustibles usés provenant de 80 à 100 réacteurs nucléaires, soit 1 700 tonnes. AREVA est ainsi le premier opérateur mondial du traitement du combustible nucléaire.

Le traitement des combustibles usés : une prestation de service en plusieurs étapes

Entrée en service en 1966, le site AREVA de La Hague, premier site industriel de ce type au monde, traite pour les recycler les combustibles nucléaires usés en provenance des réacteurs.

Une fois déchargé du réacteur, le combustible usé contient :

  • 96 % de matières recyclables : 95 % d’uranium et 1 % de plutonium, qui vont pouvoir être réutilisées pour produire de l’électricité.
  • 4 % seulement de déchets (produits de fissions et actinides mineurs).

Le traitement, première étape du recyclage, est une prestation de service. Tout au long du processus, les matières nucléaires présentes dans les combustibles usés restent la propriété des clients d’AREVA.

AREVA la Hague reçoit le combustible usé envoyé par des compagnies d'électricité française et étrangères.

Conformément à la loi française TN de juin 2006 :

  • Les déchets ultimes, issus du traitement des combustibles usés de compagnies d'électricités étrangères, sont retournés dans leur pays d'origine
  • les déchets français sont entreposés sur le site dans l'attente d'un centre de stockage final.


Le recyclage des matières récupérées (uranium et plutonium) permet de :

  • économiser jusqu’à 25 % des besoins en uranium naturel ;
  • réduire d'un facteur 5 le volume et d'un facteur 10 la radio toxicité des déchets ultimes, par un traitement et un conditionnement adapté à chaque type de déchets.

Les grandes étapes du traitement :

  • Réceptionner et entreposer en piscine les combustibles avant traitement.
  • Séparer les différents composants des combustibles usés ou des matières radioactives.
  • Récupérer les matières énergétiques (uranium et plutonium) pour leur recyclage sous forme de nouveaux combustibles pour produire de l'électricité en réacteurs.
  • Conditionner les déchets. Ils sont incorporés dans du verre pour un conditionnement sûr et stable sur le très long terme, ou compactés pour réduire leur volume.

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Les étapes en détail

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Réceptionner et entreposer les combustibles avant traitement

Château de transport de combustibles usés

La sûreté du transport repose principalement sur l’emballage qui garantit la protection de l'environnement.

Les emballages de transport, enveloppes d’acier de 110 tonnes appelés « châteaux », peuvent contenir jusqu’à 10 tonnes de matière nucléaire.

Les combustibles usés sont transportés dans les "châteaux" par camions, trains ou bateaux spécialement conçus pour cet usage. Les convois transitent par le terminal de Valognes, avant d'arriver jusqu’à l'usine AREVA la Hague.

A son arrivée sur le site, le combustible usé est déchargé de son emballage, sous eau ou dans une cellule à sec.

Pour toute intervention sur le combustibles usé, l’ensemble des opérations sont effectuées à distance et en totale sécurité, par télémanipulation ou avec des robots depuis une salle de conduite.

Placés à la verticale dans des paniers, les éléments combustibles sont transférés dans des piscines d’entreposage interconnectées. Dans une hauteur d’eau de 9 mètres, ils peuvent séjourner en piscine d’entreposage pendant 3 à 5 ans afin de laisser leur radioactivité décroître. 4 mètres d’eau les séparent de la surface afin d’assurer une protection biologique contre les rayonnements.

Piscine d'entreposage, ETABLISSEMENT DE LA HAGUE. CHERBOURG. FRANCE

Piscine d'entreposage, ETABLISSEMENT DE LA HAGUE. CHERBOURG. FRANCE

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Extraire et purifier les différents composants des combustibles usés

Tronçons de combustible après cisaillage

Contrôle et cisaillage 
Une fois terminée sa période de refroidissement en piscine, l’élément combustible est :

- transféré vers les ateliers de cisaillage-dissolution ;

- contrôlé pour vérifier son identité et son taux de combustion ; 

- introduit dans la cisaille pour obtenir des tronçons de 35 mm qui tombent dans une cuve remplie d'acide nitrique appelée dissolveur ; 

- l’acide dissout la matière nucléaire tandis que les morceaux de la structure métallique (gaine) sont évacués par une roue à godets vers une unité de conditionnement. 

  • Séparation
    La solution d’acide nitrique contenant la matière nucléaire est ensuite transférée vers une installation de séparation chimique :

- Dans un ensemble d'équipements de génie chimique, un solvant (le tributyl phosphate) entraîne les éléments lourds (uranium et plutonium) sans extraire les produits de fission.

- Les produits recyclables sont donc séparés des matières non valorisables : les déchets.

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Récupérer les matières énergétiques pour leur recyclage

Colonnes d'extraction de l'uranium

Dans un second temps, le même principe est utilisé pour séparer l’uranium du plutonium.

  • L’uranium est :

- purifié par séparation liquide-liquide dans des batteries de mélangeurs-décanteurs en deux cycles successifs (extraction et réextraction),

- les solutions d’uranium sont ensuite concentrées par évaporation sous forme liquide appelé le nitrate d’uranyle

- le nitrate d’uranyle est entreposé, contrôlé, conditionné puis transporté vers les usines permettant son recyclage ou son entreposage sous forme solide. 

Mise en conteneur des boîtes d'oxyde de Plutonium

  • Le plutonium, après purification, est :

- converti par calcination dans un four en une poudre appelée oxyde de plutonium.

- conditionné en boîtes inox serties (environ 3 kg chacune) regroupées par 5 dans un étui soudé à l’arc plasma.

- chaque étui est introduit dans un conteneur dont on contrôle l’étanchéité et la non-contamination avant son entreposage,

- les conteneurs seront expédiés vers les usines de fabrication de combustible MOX.

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Conditionner les déchets

Coulée de verre

Une fois séparés des matières recyclables, les déchets ultimes sont traités :

  • les déchets les plus radioactifs, les produits de fission, sont stabilisés par vitrification,
  • les structures métalliques du combustible sont compactées,
  • ces deux types de déchets sont conditionnés dans des conteneurs de même géométrie,
  • tous les effluents gazeux ou liquides générés lors des opérations sont traités et rigoureusement contrôlés avant leur rejet dans l'atmosphère ou dans la mer.

La vitrification

  • Les déchets sous forme liquide sont dirigés vers un calcinateur - composé d’un tube tournant, chauffé à 800° C environ -, à l’intérieur duquel ils s’écoulent par gravité et s’assèchent pour former un calcinat.
  • A la sortie du calcinateur, on introduit de la fritte de verre. Calcinat et fritte de verre (82 % de verre pour 18 % de déchets) se mélangent et tombent ensuite dans un pot de fusion chauffé par induction à plus de 1 100° C. Ainsi se forme un verre homogène emprisonnant la radioactivité. En 2010, l'usine s'est dotée d'un creuset "froid", dans lequel le verre est chauffé par induction directe. Le verre en fusion est ainsi isolé des parois du four par une couche de verre solide, qui protège le creuset et évite ainsi sa corrosion. La technologie du creuset froid permet d’atteindre de plus hautes températures, supérieures à 1 200 °C, de vitrifier ainsi une gamme plus étendue de déchets radioactifs et d’accroître les cadences de production.
  • Le verre obtenu est coulé dans un conteneur en acier inoxydable réfractaire. Puis un  couvercle est soudé sur le conteneur après refroidissement.
  • Les conteneurs standards de déchets vitrifiés (CSD-V) sont décontaminés par jet d’eau à haute pression et par microbillage.
  • Les conteneurs sont ensuite entreposés, après contrôle de non-contamination effectué par frottis.

Grâce au recyclage, le volume après conditionnement des déchets très radioactifs est divisé par 5.

Presse de compactage des déchets métalliques

Les déchets de structure, coques et embouts du combustible usé et les déchets technologiques non susceptibles d’un stockage en surface sont dirigés vers l’atelier ACC (Atelier de Compactage des Coques). Cet atelier permet de diviser par 5, en moyenne, le volume des déchets qu’il traite et également d’optimiser leur entreposage ainsi que les phases ultérieures de manutention, transport et stockage définitif.

Les Colis Standard de Déchets Compactés (CSD-C) mis au point par AREVA présentent les mêmes caractéristiques géométriques que les Colis Standard de Déchets Vitrifiés (CSD-V) : c’est le concept de “conteneur universel”.