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Auteur(s)
-
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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3. Voies de développement
Elles se situent dans deux directions :
-
recherche à court et moyen termes d’une utilisation plus économique du MOX ;
-
investigations permettant de définir des voies qui permettraient une utilisation plus massive du plutonium en associant éventuellement le recyclage des actinides mineurs.
3.1 Amélioration de la gestion actuelle
Baisser le prix de revient du kilowattheure, souci permanent du producteur d’électricité, passe par la recherche d’une baisse de la part du combustible (coût du cycle) dans ce prix.
Dans la gestion actuelle dite « hybride » les assemblages UO2 restent pendant quatre campagnes en réacteur alors que les assemblages MOX sont déchargés au bout de trois. Ce déficit de l’ordre de 15 % du taux de combustion du MOX par rapport à l’UO2 conduit à un coût de cycle supérieur d’environ 5 % au coût du cycle d’un cœur tout UO2.
Plusieurs méthodes ont été développées pour comparer sur le plan économique MOX et UO2 (études OCDE, AIEA, EDF...). Ces études deviennent rapidement complexes dès que sont envisagées différentes hypothèses sur l’aval du cycle (cf. § 1.4).
En se limitant à l’amont du cycle et en considérant une production d’énergie égale les composantes du coût de cycle sont :
-
le prix de l’uranium naturel, de la conversion, de l’enrichissement et de la fabrication du combustible ;
-
le coût de l’uranium appauvri converti en oxyde (faible) et le coût de fabrication (de l’ordre de 4 à 5 fois celui de l’UO2).
L’augmentation du taux de combustion du MOX fait, en relatif, baisser le poste fabrication dans le coût du cycle.
Le projet « Parité MOX » initié par EDF est basé sur la recherche d’une utilisation...
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