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Creuset froid

Une première mondiale pour les déchets de haute activité

La technologie du "Creuset Froid" permet aujourd’hui à AREVA de garder son avance technologique dans le domaine de la vitrification tout en répondant aux besoins de ses clients. Sa mise en exploitation est l’aboutissement de
25 ans de recherche et développement menés par le CEA en collaboration avec AREVA.
C’est la première fois que cet équipement est utilisé pour la vitrification des déchets de haute activité.

Le principe
Le pot de fusion aujourd’hui, le creuset froid demain

Principe de la vitrification des déchets

Le traitement-recyclage des combustibles usés nucléaires permet de récupérer 96 % des matières recyclables qui serviront à produire à nouveau de l’électricité. Les 4 % restants constituent des déchets.
Ces déchets sont intégrés à une matrice de verre par le procédé de vitrification et conditionnés de manière sûre et stable pour des milliers d’années dans des conteneurs en acier inoxydable. La radioactivité des déchets est alors piégée dans le verre.
Jusqu’à présent, la vitrification était réalisée sur 6 chaînes de vitrification équipées de pots de fusion.

AREVA utilise désormais une technologie complémentaire : le creuset froid.
Le principe d’induction en creuset froid

Principe de l’induction directe du creuset froid
Le principe du creuset froid est d’induire directement des courants électriques au sein du verre pour élever sa température sans chauffer le creuset, alors que le pot de fusion assure la chauffe du verre par conduction thermique depuis les parois du pot jusqu’au coeur du bain de verre.

Le creuset froid fonctionne donc selon le principe de l’induction directe :
La paroi du creuset froid est refroidie par un système de circulation d’eau.
Une couche protectrice de verre figée appelée « autocreuset » se forme.
Cette couche protège le creuset métallique des effets des hautes températures et de la corrosion due au bain de verre en fusion.
Les avantages
Quel est l’intérêt du creuset froid ?
Par rapport au procédé actuel, la technologie du creuset froid présente des avantages majeurs:
Augmentation des cadences de vitrification, permettant ainsi d’atteindre le potentiel 1500 tonnes avec les combustibles futurs.
Augmenter la durée de vie du matériel. La durée de vie du creuset froid est 10 fois supérieure à celle des pots de fusion. Sa structure froide, protégée par la couche de verre solidifiée qui s’est formée entre la structure et le bain de verre, est insensible à la corrosion,
Vitrification d'une gamme de produits plus importante et in fine réduction du volume des déchets finaux.
Le creuset froid est «multi-verre». Utilisé à des températures plus élevées et grâce à sa structure froide insensible à la corrosion.
En plus des produits de fission actuellement vitrifiés par les pots de fusion, le creuset froid permet :
Le conditionnement des solutions de rinçage issus du démantèlement de l’usine UP2-400 (première usine construite sur le site de La Hague), irréalisable en pot de fusion classique. En effet, le conditionnement de ces solutions nécessite une température supérieure à 1 200°C alors que le pot de fusion actuel est conçu pour une utilisation à 1 100°C.
Leur conditionnement en conteneurs de verre permettra de réduire le volume final des déchets produits et de simplifier la gestion finale du colis dans ses phases de transport, d’entreposage et de stockage.
Le conditionnement des produits de fissions UMo (Uranium/Molybdène) issus du traitement des premiers combustibles de la filière UNGG (Filière Uranium Naturel – Graphite – Gaz) traités à la Hague.
Du fait de leur caractéristique chimique (présence importante de molybdène qui a un important pouvoir corrosif), ces solutions ne peuvent être vitrifiées via les pots de fusion actuels.
Le creuset froid permet d’incorporer un taux plus important en molybdène, grâce à sa structure froide insensible à la corrosion et à une nouvelle formulation de verre.
Grâce au creuset froid, AREVA La Hague dispose d’un outil de production unique au monde lui permettant d'augmenter ses cadences de vitrification et d'apporter une solution au conditionnement d’une gamme élargie de déchets.
Le prototype
Un prototype installé au HRB

Cellule de vitrification construite au Hall de Recherche de Beaumont-Hague (HRB)
Un prototype du creuset froid a été mis en service au Hall de Recherche de Beaumont-Hague (HRB), en 2008, pour une validation préalable sans matière active.
Installé dans une maquette à l’échelle 1 de la cellule de vitrification et piloté depuis une salle de conduite à l’identique de l’atelier de vitrification, ce prototype a permis de :
qualifier et valider les performances des équipements avant leur installation au sein de l’atelier,
former les personnes amenées à utiliser ce nouvel outil industriel.
Les différents métiers (chimistes, téléopérateurs…) et les intervenants des Directions "Maintenance Industrielle" et "Qualité, Sûreté et Sécurité" ont été formés au HRB, soit au total 120 personnes.
L'implantation
L’implantation du creuset froid

Le creuset froid a été installé dans l’un des ateliers de vitrification, le 11 août 2009.
Le creuset froid a été implanté dans un des ateliers de vitrification, en août 2010.
Les essais sur les utilités ont eu lieu en septembre, suivis en octobre par le raccordement du creuset froid aux équipements de la zone 4.
Les essais d’ensemble, dernière étape, ont été réalisés par l’équipe du projet et les équipes intégrées des Directions "Industrielle" et "Maintenance", avec le soutien du CEA.
La première coulée inactive a été réalisée le 17 décembre.
Les tests d’élaboration du verre avec l’ensemble des équipements en service se sont terminés le 23 décembre.
3 conteneurs ont été réalisés à partir de solutions simulant des produits de fission.
Le projet
Le projet "creuset froid"

verre en fusion
L’organisation du projet
Le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) a développé le procédé.
AREVA a assuré:
La maîtrise d’ouvrage du projet : mise en place du creuset froid sur une des 6 chaines de vitrification du site de la Hague assurée par AREVA.
La maîtrise d’oeuvre assurée par SGN, société d’ingénierie du groupe AREVA, aujourd'hui faisant partie de la direction Ingénierie et Projets d'AREVA.
D’autres filiales d'AREVA ont été sollicitées (Mécagest, Mécachimie…).
Une cinquantaine d’entreprises locales et plusieurs centaines de personnes ont également travaillé sur cette technologie.
L’investissement global réalisé est de plus de 200 millions d’euros avec la Recherche et le Développement.
Le déroulement du projet
2005 à 2007 : Lancement du projet fin 2004, suivi de 2 ans d'études.
2007 : Travaux préparatoires de câblages et tuyauteries dans l’atelier de vitrification R7 à La Hague où sera implanté le creuset froid.
2008 : Mise en service du prototype du creuset froid à l’échelle dans le Hall de Recherche de Beaumont-Hague (HRB).
Démarrage des travaux d’implantation des utilités (électricité, circuit de refroidissement), des opérations de rinçage et de démontage de la cellule de vitrification (arrêt de la chaine le 5 mai 2008).
2009 :
Août : implantation du creuset froid dans une cellule d’un atelier de vitrification.
Septembre : essais sur les utilités.
Octobre : raccordement du creuset froid aux équipements de zone 4.
Octobre-décembre : essais d’ensemble réalisés avec le soutien du CEA.
Décembre : première coulée inactive. Production de 3 conteneurs à partir de solutions simulant des produits de fission.
Le 17 Avril 2010 : la production du premier conteneur de déchets vitrifiés a été réalisée avec la technologie du creuset froid.

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