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Jean LEFEVRE : Conseiller scientifique du CEA pour l'aval du cycle combustible
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Lire l’articleINTRODUCTION
Matière et matériaux sont au cœur des problèmes techniques que l'ingénieur doit résoudre. L’industrie nucléaire, comme beaucoup d'industries de pointe, a été confrontée à une multitude de problèmes nouveaux dus notamment aux particularités du milieu d'utilisation (flux intenses et haute température, milieux corrosifs), tant pour les réacteurs que dans le cycle du combustible. Ce dernier fait appel à une chimie spécifique appliquée à la séparation d'éléments rares et souvent dans des conditions d'inaccessibilité rendant primordiale la durée de vie des appareils, hors des conditions de contrôle et de maintenance habituellement pratiquées dans l'industrie.
La place prépondérante prise par la France dans le développement de l'énergie nucléaire dans tous ses aspects, notamment la réalisation industrielle d'un cycle de combustible complet, a nécessité, pour la réussite de sa mise en œuvre industrielle, un effort de recherche considérable, non seulement pour acquérir la connaissance des matières nucléaires dont la chimie était peu connue mais aussi pour la conception des procédés et des équipements, pour la qualification des matériaux nécessaires, pour les techniques de mise en œuvre de ces matériaux et le vieillissement, voire le comportement à long terme des matières utilisées.
On peut presque dire qu'un « luxe de connaissances » est imposé par les réponses à apporter aux exigences de règles de sûreté draconiennes, justifiées tant par le risque potentiel réel du nucléaire que par la perception qu'en a le public. Cela conduit en termes d'ingénieur à un maître mot : la fiabilité. Les conséquences de toute défaillance doivent être évaluées et les opérations d'intervention doivent être prévues avec soin ; ce qui permet d'estimer l'ampleur des mesures à prendre, leur coût et, par voie de conséquence, justifie les efforts à consentir en amont sur la fiabilité des opérations et des équipements pour éviter tout incident majeur.
La rubrique matière et matériaux ne se limite pas à aborder les aspects liés à la réalisation des équipements et composants mais s'applique également, pour une très large part, aux matières nucléaires, à commencer par l'uranium, depuis son extraction jusqu'au terme ultime de son utilisation. Elle traite de tous les produits radioactifs rencontrés dans les processus nucléaires et, plus particulièrement, de ceux ayant des applications ou présentant des risques particuliers pour leur stockage ultime. Elle est articulée en quatre chapitres.
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1. Matières nucléaires et cycle du combustible
Les matières nucléaires et le cycle du combustible constituent un domaine spécifique de la science qui s’est développé considérablement au cours de ces cinquante dernières années avec la mise en place de l’énergie nucléaire de puissance.
En premier lieu, il a été jugé nécessaire de faire un rappel sur certaines connaissances de base peu habituelles, telles que celles concernant la chimie des actinides, famille d’éléments tous radioactifs parmi lesquels se trouvent l’uranium et le plutonium, les deux éléments majeurs de l’énergie nucléaire de fission.
Le cycle du combustible est décrit dans ses différentes étapes depuis l’extraction minière de l’uranium naturel, les différentes phases de ses transformations chimiques et sa purification, son enrichissement par séparation en phase gazeuse et par le procédé par laser (procédé SILVA) sur lequel des progrès considérables ont été accomplis récemment.
La fabrication des différents types de combustibles, utilisés dans les réacteurs encore exploités, fait l’objet de plusieurs articles, c’est notamment le cas des combustibles contenant du plutonium sous forme d’oxyde mixte avec l’uranium, dénommés MOX (Mixed Oxide) lorsqu’ils sont destinés au recyclage dans les réacteurs thermiques, et de ceux à plus forte teneur en plutonium destinés aux réacteurs à neutrons rapides.
Les perspectives de recyclage d'autres actinides, que l’on dénomme actinides mineurs car ils sont produits en moindres quantités que le plutonium dans le réacteur, conduiront, si des décisions sont prises dans ce sens au stade industriel, à de nouveaux développements qui seront alors décrits dans cet ouvrage.
En aval du réacteur, deux grandes stratégies se partagent les faveurs du monde nucléaire, celle du stockage direct du combustible usé, sans traitement chimique mais avec un conditionnement approprié et, celle, actuellement suivie par la France, du retraitement des combustibles usés, c’est-à-dire avec une dissolution chimique des matières nucléaires présentes dans le combustible et une séparation des matières fissiles encore utilisables et des déchets. Ces opérations assez complexes sont maintenant parfaitement dominées industriellement et un article relativement récent décrit, en détail, les différentes étapes du retraitement.
La dernière...
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