La fabrication des assemblage de combustible

Qu’est-ce qu’un assemblage ?

Les assemblages de combustible constituent le cœur du réacteur, l’endroit où se déroule la fission nucléaire qui produit l'énergie.
Ils contribuent à la sûreté du réacteur en assurant le confinement des produits radioactifs de fission dans une gaine étanche en alliage de zirconium. Cette gaine constitue la première barrière de confinement.

Un assemblage de combustible peut contenir de 200 à 500 kg de matière fissile, en fonction du type d'assemblage. Il est constitué de crayons contenant cette matière fissile et d'un cadre métallique, le "squelette", généralement fabriqué en alliage de zirconium, composé de tubes-guide, de grilles de maintien et d'embouts d'extrémité.

Les assemblages restent, en moyenne, entre trois et quatre ans dans un réacteur.  Le renouvellement du combustible usé s’effectue par rechargement périodique (tous les 12 à 24 mois) d’une fraction du cœur du réacteur (entre 20 et 50 % du nombre total d’assemblages), selon le type de gestion et le niveau de performance des assemblages.

Les étapes de la fabrication d'un assemblage de combustible

Exemple de la fabrication d'un assemblage de combustible pour Réacteur à Eau sous Pression (REP) :

• Après enrichissement, l'hexafluorure d'uranium (UF₆) est transformé en oxyde d'uranium.
• Cette poudre noire est ensuite comprimée en petites pastilles qui cuisent dans un four à 1 700°C et acquièrent alors leur solidité et leur densité définitive. Chacune d'elles – un cylindre de 13 mm de hauteur et d'un diamètre de 8,5 mm – ne pèse que 10,5 grammes (pour les réacteurs EPR ™) et peut libérer autant d'énergie qu'une tonne de charbon.
• Les pastilles (environ 300) sont introduites dans de longs tubes (ou gaines) de 4,5 mètres de long, faits d’un alliage à base de zirconium. Chaque gaine est scellée aux extrémités par deux bouchons. L’ensemble constitue le "crayon combustible".
• Les crayons sont maintenus dans une structure métallique (le squelette) réalisée le plus souvent en alliage de zirconium et liés en "faisceaux" de section carrée pour constituer un assemblage de combustible. Chaque assemblage comporte 264 crayons. 
• Selon les types de centrales, le coeur du réacteur comprend :
  • entre 157 et 250 assemblages combustibles pour les réacteurs à eau préssurisée. Celui des réacteurs EPR™ en contient 265.
  • entre 400 à 800 pour les réacteurs à eau bouillante.
• Chaque étape de la fabrication des assemblages est soumise à des contrôles très stricts.

Sept sites de production complémentaires

La fabrication des assemblages de combustible est répartie sur 7 sites en France, en Allemagne et aux Etats-Unis, approvisionnant les électriciens du monde entier.

Les capacités de production d’assemblages de combustible :

• Allemagne
  • Karlstein fabrique des entretoises, des embouts et des composants d’assemblages.
  • Lingen produit de la poudre d’oxyde d’uranium, des pastilles de combustible, des crayons et des assemblages.
• Belgique
  • Dessel fabrique des assemblages pour réacteurs REP, des pastilles de combustible et des crayons, toute une gamme de petits composants d’assemblages, ainsi que l'assemblage des crayons de combustible MOX.
• États-Unis
  • Richland(Washington) produit de l’oxyde d’uranium (UO₂), des assemblages pour réacteurs REB et REB, des crayons de poison consommable (carbure de bore).
  • Erwin (Tennessee) assure la conversion de nitrate d’uranyle faiblement enrichi en oxyde d’uranium (fissile) et le livre à l’usine de Richland aux fins de mise en pastille pour la fabrication du combustible.
• France
  • Pierrelatte (Drôme) fabrique des entretoises pour assemblages pour REP ainsi que des grappes de commande Harmoni™.
  • Romans (Drôme) produit de l’oxyde d’uranium (UO₂), des pastilles de combustible, des embouts, des crayons et des assemblages pour réacteurs REP.

Implantée sur les sites de Pierrelatte et Romans, CERCA (Compagnie pour l’Etude et la Réalisation de Combustibles Atomiques) est leader mondial pour la fabrication et la fourniture du combustible pour réacteurs de recherche.  Elle fournit également des sources de référence radioactives pour l'industrie, la médecine et la recherche.