Combustibles à l’uranium
De l’uranium naturel à l’uranium enrichi
L’uranium naturel est longtemps resté le seul combustible possible. Les pays ne disposant pas d’installations d’enrichissement ou n’ayant pas accès à l’uranium enrichi devaient s’en contenter. Les réacteurs à uranium naturel ont été les premiers à fonctionner. Leur fonctionnement est délicat en raison de la pauvreté en isotope fissile. Ils sont maintenant relativement rares, comparés aux réacteurs utilisant de l’uranium enrichi.
Uranium naturel et uranium enrichi
Il est plus facile de faire marcher un réacteur avec de l’uranium enrichi qu’avec de l’uranium naturel. Le nombre de neutrons secondaires produits en moyenne par neutron lent capturé dans l’uranium du combustible augmente avec sa richesse en isotope 235 fissile. Pour que la réaction en chaîne soit possible, ce nombre doit dépasser nettement 1 pour tenir compte des pertes : cette condition est vérifiée confortablement avec du combustible enrichi à 3.5 % comme celui des réacteurs REP mais marginalement avec de l’uranium naturel qui ne contient que 0.7 % d’uranium-235.
© IN2P3
Les ressources en uranium, un élément chimiquement rare, sont limitées. L’isotope fissile 235, présent seulement à raison de 0,7% dans l’uranium naturel, est donc une ressource extrêmement rare et précieuse.
La plupart des réacteurs actuels utilisent un degré d’enrichissement entre 3 et 3,5 %. Une fois introduit dans le réacteur, la composition du combustible change. Le combustible s’appauvrit, les conditions de fonctionnement varient. Une partie de l’uranium fissile est remplacée par du plutonium également fissile. Des noyaux radioactifs plus lourds que l’uranium, les actinides, s’accumulent. Les produits de fission s’accumulent également.
Il faut décharger au bout de trois à quatre ans le combustible usé. L’uranium qui en sort est encore plus riche en isotope 235 que l’uranium naturel. Après retraitement du combustible usé, il est possible de recycler cet uranium grâce à un nouvel enrichissement.
Le retraitement des combustibles usés à l’usine de la Hague permet d’en séparer le plutonium et de mélanger ce plutonium, qui est fissile, à de l’uranium pour fabriquer un combustible mixte, le MOX, qui peut être utilisés dans les réacteurs du parc français moyennant une adaptation.
Certains réacteurs embarqués utilisent un combustible riche en matière fissile. Ils servent à propulser des sous-marins, porte-avions et brise-glace, assurant leur autonomie. Ils n’ont pas besoin de se ravitailler en combustible pendant des années. Les réacteurs embarqués sont plus compacts que leurs homologues à terre. Les réacteurs rapides surgénérateurs utilisent également un combustible riche en noyaux fissiles ramassé dans un cœur compact.
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