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Auteur(s)
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André BERTHET : Ancien chef du département combustibles à EDF Direction de l’équipement-SEPTEN
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Le combustible au plutonium mis au point pour les réacteurs à eau légère est aujourd’hui un produit industriel utilisé par les exploitants de centrales en Belgique, en Allemagne, en Suisse et en France.
Le MOX (« Mixed Oxides ») est le nom couramment utilisé pour désigner ce combustible. Il se présente sous la forme d’une céramique dans laquelle l’oxyde de plutonium (PuO2) est intimement mélangé avec une matrice d’oxyde d’uranium (UO2), cet uranium pouvant être naturel, appauvri ou issu du retraitement.
Le plutonium n’existe pas dans la nature. Il est formé en réacteur par capture de neutrons. Une partie est consommée par fission in situ, le reste est présent dans le combustible usé déchargé du réacteur.
Le plutonium est une matière fissile à fort potentiel énergétique. Un gramme de plutonium dans le MOX produit la même quantité d’électricité qu’une tonne de pétrole.
Initialement prévu pour être utilisé dans les réacteurs à neutrons rapides, le plutonium peut se substituer à l’uranium 235 dans les réacteurs à eau. Cette utilisation, qui nécessite le retraitement du combustible irradié, contribue à la fermeture du cycle du combustible et valorise les matières fissiles récupérables.
Cet article n’a pas pour objet de traiter de façon exhaustive tous les aspects de l’utilisation du plutonium dans les réacteurs à eau légère, mais seulement de mettre en évidence les faits marquants.
Après un rappel de la démarche qui a conduit à la situation actuelle, les principaux domaines techniques spécifiques au MOX sont développés et des voies d’évolutions sont évoquées.
Pour des raisons évidentes, les études et développements présentés s’appuient largement sur les réalisations en France. Sur le plan national, une coordination efficace entre les acteurs principaux qui sont les laboratoires de recherche, les industriels du nucléaire et l’exploitant EDF, a permis à l’utilisation du plutonium dans les réacteurs de devenir une réalité industrielle.
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Voies de développement
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2. Physique des REP recyclant le plutonium
2.1 Plutonium, évolution
A la différence de l’uranium, le plutonium n’existe pas dans la nature.
En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie démontraient la possibilité de créer des radionucléïdes artificiels au moyen de faisceaux de particules bombardant des cibles.
Au début de la Seconde Guerre mondiale, le Président Roosevelt conseillé par de prestigieux scientifiques tels que A. Einstein, décida de lancer le projet Manhattan qui devait doter les États-Unis de l’arme nucléaire.
D’importants événements jalonnent cette période :
-
aux États-Unis, la découverte et l’isolement du plutonium par Glen Seaborg en 1940 et 1941, puis le programme Manhattan qui devait aboutir à l’explosion de Nagasaki en 1945 ;
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en France, la production du premier échantillon de plutonium en 1949, la mise en service d’usines de retraitement de combustible à Marcoule en 1959, à la Hague en 1966, 1976 (HAO), 1990 (UP3), 1994 (UP2-800), et d’ateliers de fabrication de combustible MOX pour Phénix, Superphénix et les REP (MELOX en 1996).
2.2 Spécificités du plutonium
Le plutonium présente des propriétés différentes de celles de l’uranium, liées d’une part à sa composition isotopique, d’autre part à ses caractéristiques neutroniques.
Il importe cependant de souligner que le problème de l’utilisation du plutonium dans les REP se pose en fait, en terme de quantité. En effet, près du tiers de la production d’énergie dans un REP ne contenant que des assemblages à l’uranium est produite par la fission du plutonium.
HAUT DE PAGE2.2.1 Caractéristiques énergétiques du plutonium. Notion de plutonium équivalent
Dans un REP, la production...
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