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Fabrication de combustible MOX

Nettoyage des crayons avant insertion des pastilles dans l'usine MELOX

L’usine de recyclage de MELOX, implanté sur le site nucléaire de Marcoule dans le Gard, fabrique des assemblages de combustibles MOX destinés à alimenter les réacteurs à eau légère. Elaboré à partir d'un mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium, le combustible MOX permet de recycler le plutonium issu des combustibles usés récupérés lors des opérations de traitement sur le site de recyclage d'AREVA La Hague.

Une position de leader

MELOX est le leader mondial de la production de combustible MOX, avec plus de 1 800 tonnes de métal lourd (tML) et près de 3 600 assemblages produits à fin 2011.

Face au développement du marché, AREVA MELOX a déposé en 2006 une demande d'autorisation pour augmenter son niveau de production annuel de 145 à 195 tonnes de métal lourd (tML).

A l'issue d'une enquête publique menée dans sept communes du Gard (et quatre communes du Vaucluse), MELOX a obtenu en avril 2007, l'autorisation de porter progressivement son niveau de production à 195 tML/an.

Depuis l'arrêt de la production de l'usine AREVA Cadarache en juillet 2003, l'objectif d'AREVA est de regrouper l'ensemble des productions de MOX dans l'usine de MELOX.

Ce sont près de 6 500 assemblages de combustibles MOX qui ont été livrés par AREVA à ses clients au travers de Melox et des deux anciennes usines de sa plateforme de recyclage, AREVA Cadarache et Belgonucléaire ayant cessé aujourd’hui leur activité

La fabrication du combustible MOX

schéma fabrication du combustible

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La fabrication du combustible MOX s'apparente à celle des combustibles à oxyde d'uranium. Elle se déroule en 5 phases :

  • Le mélange des poudres : Constitution d’un mélange primaire, à partir de poudres d'oxyde de plutonium, d'oxyde d'uranium appauvri et de "chamotte" obtenue à partir de pastilles de rebut. De l’uranium appauvri est ajouté à ce mélange primaire afin d'obtenir la teneur précise requise par les clients. Ce mélange final est appelé mélange secondaire. La teneur en plutonium de l'assemblage combustible - peut varier de 3 à 12% - en fonction des spécifications du Client.
  • Le frittage : le mélange obtenu est compacté sous forme de pastilles. Celles-ci sont cuites dans un four à haute température pour être converties en céramique.
  • La rectification : les pastilles sont rectifiées entre deux meules afin d'obtenir le diamètre requis, au micron près. Les pastilles non conformes sont renvoyées en amont pour y être recyclées sous forme de chamotte. 
  • Le gainage : les pastilles sont ensuite insérées dans des tubes en alliage de zirconium appelés "crayons". Chaque crayon mesure environ 4 mètres de long et est composé d'environ 320 pastilles en fonction des exigences des clients. Les crayons sont ensuite soigneusement nettoyés, puis contrôlés.
  • L’assemblage : cette dernière étape consiste à insérer les crayons dans une structure métallique pour former un  "assemblage". Cet assemblage constitue le produit fini livré au client. Ces assemblages sont également soumis à des contrôles de fabrication, afin de vérifier leur futur comportement en réacteur.

Près de 130 paramètres qualité sont ainsi contrôlés tout au long du procédé de fabrication.

En 2011, 145 tML et 298 assemblages de MOX ont été produits. Un assemblage combustible recyclé permet d'alimenter en électricité une ville de 100  000 habitants pendant un an.

Les clients du combustible MOX

Au 31 décembre 2011, 41 réacteurs dans le monde ont été chargés en combustible MOX depuis le début des années 70 : 36 en Europe (21 en France, 10 en Allemagne, 3 en Suisse et 2 en Belgique), 1 aux États-Unis, 4 au Japon, soit 10% du parc mondial des réacteurs à eau légère.

Campagnes de fabrication 2011

  • France : l’année 2011 a vu la poursuite des fabrications et livraisons pour le parc nucléaire d’EDF. Les fabrications pour EDF représentent près des deux tiers de la capacité totale de l’usine MELOX.
  • Japon : à la suite de l’accident de Fukushima, consécutif à la double catastrophe naturelle du 11 mars 2011, la majeure partie du parc nucléaire a été mise à l’arrêt soit pour des opérations de maintenance, soit dans l’attente du résultat des stress tests engagés sur tous les réacteurs. dans l’attente de leur redémarrage, MELOX a décalé certaines campagnes de fabrication afin de répondre à la flexibilité attendue de la part de ses clients japonais. Rappelons que le programme de recyclage des combustibles usés au Japon avait été relancé en 2006. À ce jour, huit compagnies d’électricité japonaises ont signé des contrats de fabrication avec MELOX. L’unité Genkai 3 de l’électricien KYUSHU avait réalisé le 2 décembre 2009 la première production d’électricité commerciale à partir de combustibles MOX au Japon.
  • Allemagne : deux campagnes de fabrication ont été réalisées pour le compte de deux compagnies d’électricité en 2011.

Le savoir-faire et la technologie d’AREVA sont reconnus au niveau international.

Les États-Unis ont fait appel à la technologie d’AREVA dans le cadre du projet de construction d’une usine de fabrication de combustibles MOX. Ce projet s’inscrit dans le cadre du transfert de technologie signé entre AREVA et le Département américain de l’énergie (DOE). En effet, ce dernier a fait le choix de la technologie MELOX pour réduire un stock de plutonium d’origine militaire et l’utiliser à des fins civiles au travers du combustible MOX, immobilisant ainsi les matières nucléaires militaires déclarées en excès. Cette usine baptisée MFFF (MOX Fuel Fabrication Facility) est située sur le site de Savannah River en Caroline du sud. Sa construction a démarré le 1er août 2007. Sa mise en service est prévue à l’horizon 2016.Par ailleurs, suite à l'avenant au contrat MFFF signé le 22 septembre 2011 par le DOE, dans le cadre de la préparation à la mise en exploitation, il est prévu de recevoir en France à partir de 2013 et pour une période de 2 ans, 93 stagiaires qui viendront se former dans les usines de référence pour des périodes allant de 1 à 6 mois. Le programme prévoit 61 stagiaires à MELOX, 50 à La Hague dont 18 en commun sur les 2 sites.

Les industriels japonais en charge du projet J-MOX ont également fait appel à la technologie d’AREVA mise en œuvre à MELOX en vue de produire du combustible MOX dans leur pays. Cette usine sera implantée sur le même site que l’usine de traitement de Rokkasho-Mura.

Enfin, AREVA participe au consortium Nuclear Management Partners Limited (NMP) qui aremporté en 2008 l’appel d’offres pour l’exploitation du site de Sellafield au Royaume-Uni. Un contrat avait été signé en juillet 2010 entre AREVA et Sellafield pour la fourniture et la mise en service d’une nouvelle ligne de gainage de combustible MOX pour Sellafield MOX Plant (SMP) afin d’augmenter la capacité de l’usine. Le 3 août 2011, l’autorité de sûreté anglaise a annoncé l’arrêt de Smp et, en conséquence, des projets associés. Fin 2011, le Royaume-Uni a confirmé la technologie du MOX pour recycler son plutonium. Une étude de faisabilité est en cours.

Une trentaine de collaborateurs basés à MELOX sont actuellement impliqués dans ces projets internationaux.

Programme EUROFAB "MOX for peace" : recycler le combustible militaire

Dans les années 1990, les États-Unis et la Fédération de Russie se sont engagés à réduire leur arsenal nucléaire. Les deux États ont décidé d'éliminer chacun 34 tonnes de plutonium issues de ces armes.

En 2003, le groupe AREVA est choisi par les États-Unis pour fabriquer quatre assemblages combustibles MOX à partir de plutonium américain d'origine militaire.

La fabrication de ces assemblages a été réalisée sur deux sites :

  • La fabrication des pastilles et crayons sur l'établissement AREVA NC Cadarache à l'automne 2004.
  • Les opérations d'assemblage du combustible au sein de l'usine MELOX début 2005.

Les quatre assemblages ainsi fabriqués ont été chargés en juin 2005 dans la centrale nucléaire de Catawba, propriété de l'électricien américain Duke Power. Ils permettent d'alimenter en électricité l'équivalent de la consommation d'une ville d'environ 100 000 habitants pendant un an. Le programme américain démontre que le nucléaire civil, utilisant notamment le MOX, contribue à la non-prolifération des armes nucléaires.

Les chiffres clés de Melox

Nos engagements sociétaux : une entreprise qui recrute et se développe, un effectif doublé en 15 ans.

  • 1 300 personnes sur site : 900 emplois directs & 400 emplois indirects,
  • Près de 40 alternants chaque année,
  • Près de 5 M€/an d’impôts et taxes,
  • Plus de 100 M€ d’achats de fournitures et prestation réalisé en local chaque année,
  • 70 partenariats chaque année,
  • 7 % de la masse salariale dédiée à la formation en 2010