Retraitement du combustible - Procédés, ingénierie et usines

Depuis sa première mise en œuvre industrielle en 1954 à Savannah River aux États-Unis, le procédé de retraitement PUREX a fait la preuve de ses facultés d’adaptation à l’évolution des combustibles. Il reste encore ouvert à d’autres possibilités d’amélioration, avec notamment comme objectif la diminution des coûts et de l’impact sur l’environnement.

Le développement et les succès du procédé PUREX n’ont pas empêché d’étudier en parallèle d’autres procédés très différents, tout particulièrement en milieux non aqueux, comme les procédés de volatilisation des halogénures ou les procédés pyrométallurgiques ou pyrochimiques.

Un changement radical de procédé ne pourrait se justifier que pour répondre à des choix de combustibles se prêtant mal au procédé PUREX, comme par exemple des alliages à base de zirconium particulièrement difficiles à mettre en solution nitrique ou des sels fondus. Un regain d’intérêt pour les procédés pyrochimiques se manifeste cependant aujourd’hui dans le cadre de la réduction des éléments à vie longue dans les déchets provenant des usines de retraitement.

Le thorium est susceptible, comme l’uranium, d’alimenter un cycle de combustible à des fins de production d’énergie. Plus répandu que l’uranium, d’où son attrait pour certains pays comme l’Inde et le Japon, le thorium ne possède pas d’isotope fissile. Il doit donc être nécessairement associé à de l’uranium ou du plutonium pour obtenir un combustible nucléaire. Les difficultés de mise en œuvre du cycle, liées en particulier à la présence d’émetteurs gamma très énergiques dans les produits récupérés au retraitement (uranium 233 et thorium), ont largement freiné son application.

Les usines de retraitement ne ressemblent en rien à celles de l’industrie classique du fait des précautions draconiennes nécessitées par la manipulation de matières très radioactives dont certaines sont en plus fissiles. Le confinement de la radioactivité, la prévention des risques de criticité et les choix faits, en matière d’entretien et de maintenance des installations, conditionnent notamment fortement leur structure.

Le retraitement est parvenu à maturité industrielle avec la mise en service en 1990 de l’usine commerciale UP3 de la COGEMA à La Hague suivie en 1994 de celle de l’usine anglaise Thorp à Sellafield et de l’usine UP2-800 à La Hague, et la construction de l’usine japonaise de Rokkasho-Mura, dont le démarrage est prévu vers 2005.

Les performances atteintes en matière de capacité, de rendement et de qualité des produits dans les usines modernes sont excellentes, avec des rejets de radioactivité dans l’environnement bien inférieures aux quantités autorisées. La grande fiabilité du procédé et des appareils, la prévision des opérations d’entretien et de maintenance ont permis, en évitant d’avoir recours à des interventions directes, une diminution constante des équivalents de dose reçus par le personnel. Le volume des déchets contenant des éléments à vie longue est également en constante diminution.

Si les usines françaises couvrent largement les besoins nationaux, ce qui permet d’offrir des services à des clients étrangers, la capacité totale des usines dans le monde est loin d’être à la hauteur des quantités de combustibles déchargés.