Recycler 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

Entrée en service en 1966, le site AREVA de La Hague, premier centre industriel de ce type au monde, traite pour les recycler les combustibles nucléaires usés, c'est-à-dire ceux qui ont été remplacés dans les centrales nucléaires.

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 :

Les déchets ultimes, issus des combustibles usés de compagnies d'électricités étrangères, sont retournés dans leur pays d'origine après traitement,
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 le volume et la toxicité des déchets ultimes, de façon significative, par un traitement et un conditionnement adapté à chaque type de déchets.

Les grandes étapes du traitement :

Réceptionner et entreposer les combustibles avant traitement.
Séparer les différents composants des combustibles usés ou des matières radioactives.
Récupérer les matières énergétiques (uranium et plutonium) en vue de leur recyclage sous forme de nouveaux combustibles pour produire de l'électricité.
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 détails

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Transport, réception et entreposage

Réceptionner et entreposer les combustibles avant traitement

Château de transport de combustibles usés

La sûreté du transport repose principalement sur l’emballage des matières transportées qui protège l'environnement.

Les assemblages sont ainsi conditionnés dans des “châteaux”, enveloppes d’acier de 110 tonnes qui renferment 10 tonnes de matière nucléaire.

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

A son arrivée sur le site, le combustible usé est déchargé de son emballage. Deux méthodes sont utilisées : à sec ou sous eau.

Comme c'est la règle pour toute intervention sur le combustibles usé, toutes les opérations sont effectuées à distance et en totale sécurité, par télémanipulation ou robots de conduite, tout au long de son séjour à AREVA La Hague.

Les éléments combustibles sont ensuite placés dans des paniers, puis transférés dans des piscines d’entreposage qui sont toutes interconnectées. Placés dans neuf mètres d’eau, ils peuvent séjourner en piscine d’entreposage pendant trois à cinq ans afin de laisser leur radioactivité décroître. Quatre mètres d’eau les séparent de la surface afin d’assurer une protection.

Pour en savoir plus, consulter la fiche technique (pdf 2178 ko)

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

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Séparation les différents composants des combustibles usés

Séparation et purification de l’uranium et du plutonium

Tronçons de combustible après cisaillage

Cisaillage et contrôle. Une fois terminée sa période de refroidissement en piscine, l’élément combustible est :

- transféré vers les ateliers R1 ou T1,

- contrôlé pour vérifier son identification et son taux de combustion,

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

- 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.

Pour en savoir plus, consulter la fiche technique (pdf 2073 ko)

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

- Dans un ensemble de mélangeurs-décanteurs et colonnes pulsées, un solvant (le tributylphosphate) entraîne les éléments lourds (uranium et plutonium) sans extraire les produits de fission.

- Les produits recyclables sont donc séparés des déchets.

Pour en savoir plus consulter la fiche technique (pdf 3780 ko)

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Récupérer les matières énergétiques en vue de leur recyclage

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.

Pour en savoir plus, consulter la fiche technique (pdf 2020 ko)

Mise en conteneur des boîtes d'oxyde de Plutonium

Le plutonium 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.

Pour en savoir plus, consulter la fiche technique (pdf 2220 ko)

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Conditionner les déchets

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,
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 four de fusion chauffé par induction à plus de 1 100° C, pour former 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 et à la vitrification, le volume de déchets très radioactifs est divisé par 5.

Pour en savoir plus, consulter la fiche technique (pdf 1931 ko)

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”.