Le combustible nucléaire en 15 images

1. Les deux versants du cycle

Extrait du minerai, l' est enrichi en 235 fissile puis intégré dans des assemblages de tubes qui sont introduits dans le coeur du réacteur. C'est l'amont du cycle. Une fois usé, le radioactif est mis à refroidir dans des piscines puis, dans certains pays comme la France, retraité pour recycler les matières valorisables. Restera ensuite à stocker les déchets ultimes. C'est l'aval du cycle.

2. Les mines d'uranium

À la source du combustible nucléaire, l'uranium existe à l'état naturel dans les terrains granitiques ou sédimentaires. L'extraction s'effectue en mines à ciel ouvert ou souterraines, et de plus en plus par lessivage "in situ". Les teneurs des gisements en exploitation vont de plus de 20 % à 0,1 %. Ici la mine à ciel ouvert de McClean Lake, au Canada.

3. Des réserves pour près d'un siècle

Le minerai est ensuite transféré jusqu'à une usine de concentration, généralement à proximité de la mine. Il y est trié, concassé et broyé puis soumis à une série d'opérations chimiques pour isoler et purifier l'uranium. Les réserves mondiales exploitables à des coûts économiquement acceptables sont suffisantes pour alimenter le nucléaire civil pendant près d'un siècle. Ici l'usine d'AREVA près de la mine d'Arlit, dans le désert d'Aïr, au Niger.

4. L'étape du "yellow cake"

Le minerai purifié est mis sous la forme d'un concentré solide, d'une texture pâteuse, qui a une couleur jaune-orangé très lumineuse, le "yellow cake" (littéralement "gâteau jaune"). Il contient environ 75 % d'uranium, soit 750 kg par tonne. Le "yellow cake" est par la suite conditionné en fûts, puis expédié jusqu'aux usines de conversion pour y subir de nouveaux traitements chimiques. Sur la photo, le filtrage du "yellow cake" à l'usine d'Arlit, au Niger.

5. La préparation à l'enrichissement

Les usines de conversion transforment le "yellow cake" en hexafluorure d'uranium. C'est en effet sous cette forme gazeuse que l'on va pouvoir enrichir l'uranium en son isotope U235 pour en faire un combustible utilisable dans les réacteurs. Sur la photo, une usine de conversion d'uranium à Ispahan, en Iran où le nucléaire a été l'objet de longues négociations.

6. Des installations industrielles géantes

L'enrichissement de l'uranium en isotope 235 est indispensable pour fabriquer un combustible utilisable. On le réalise par deux méthodes, appliquées dans d'énormes installations industrielles : la diffusion gazeuse ou, de plus en plus, l'ultra-centrifugation. Sur la photo, une cascade de centrifugation à l'usine Georges Besse 2, sur le site français du Tricastin.

7. La fabrication des crayons

Une fois l'uranium enrichi, il est transformé en oxyde d'uranium IV (UO2) et moulé sous forme de pastilles. Celles-ci sont introduites dans une gaine en zirconium d'environ 4,5 mètres de long, appelée "crayon". Plusieurs centaines de crayons sont réunis en un "assemblage", qui contient environ 500 kg d'uranium enrichi. La photo montre un assemblage introduit dans la cuve du réacteur. C'est une maquette d'entraînement car dans la réalité cette opération se fait à distance et sous eau pour que les opérateurs soient protégés du rayonnement issu des combustibles en cours d'irradiation.

8. Le passage en piscine

La cuve d'un réacteur contient entre 120 et 250 assemblages, selon son modèle. Les assemblages restent, en moyenne, entre trois et cinq ans et sont renouvelés lors des rechargements partiels périodiques. Une fois "brûlés", les assemblages sont stockés dans des "piscines", l'eau assurant la protection radiologique et permettant un refroidissement des éléments. Ils y restent de 4 à 5 ans. Sur la photo, la piscine du centre de retraitement de La Hague en France.

9. Les piscines de Fukushima

La piscine de l'unité n°4 de la centrale de Fukushima au Japon était située en hauteur, au dessus du réacteur. Lors de l'accident provoqué par le tsunami le 11 mars 2011, 1 533 assemblages, dont 202 neufs, s'y trouvaient (photo). En décembre 2014, s'est terminé le transfert vers un autre bassin, situé en un lieu plus sûr, au cours d'une opération d'une grande complexité technique.

10. Les usines de retraitement

Une fois sortis des piscines, les assemblages sont, dans certains pays, considérés comme des déchets. D'autres pays ont décidé de les "retraiter", en extrayant l'uranium résiduel et le plutonium pour les recycler dans de nouveaux combustibles. La France et la Grande-Bretagne notamment se sont dotées d'usines pour effectuer ces opérations. En France, le centre de La Hague (photo) travaille pour le parc nucléaire national mais aussi pour ceux d'Italie, du Japon, d'Allemagne, d'Australie, etc.

11. L'entreposage sécurisé

Les matières retraitées les plus radioactives, y compris le plutonium, sont entreposées sur le site même de La Hague. Les déchets, matières non valorisables, sont vitrifiés puis placés dans des conteneurs empilés sur plusieurs couches, dans des puits de quelque 25 mètres de profondeur, qui en permettent le refroidissement. Par exemple, La Hague (photo) stocke dans un bâtiment très sécurisé plusieurs dizaines de tonnes de plutonium, destiné à fabriquer le combustible "MOX" utilisé dans les centrales nucléaires.

12. L'exportation des combustibles retraités

Le combustible recyclé à partir du plutonium ou les déchets issus du retraitement pour le compte de pays étrangers sont rapatriés par des convois spéciaux, soit par train, soit par cargo. Les conteneurs utilisés assurent un confinement strict. Sur la photo, un conteneur de combustible MOX est chargé sur un bateau dans le port de Cherbourg pour être envoyé au Japon.

13. "Voie sans issue", pour les anti-nucléaires

Malgré les précautions prises, le transport de matières radioactives donnent souvent lieu à des manifestations organisées par les mouvements anti-nucléaires. En plusieurs occasions, ils ont tenté d'arrêter la progression des convois. Sur la photo, un manifestant proteste au passage d'un train spécial qui emporte des déchets nucléaires allemands traités à la Hague, qui repartent vers l'Allemagne.

14. Le stockage des déchets peu radioactifs

En dehors du combustible et de ses déchets, certaines matières résultant de l'exploitation nucléaire sont d’une faible ou rapidement décroissante. Ils peuvent être stockés sous le contrôle de l'ANDRA dans des dépôts de surface. A Soulaines-Dhuys (photo), dans l’est de la France, les déchets sont mis dans des fûts hermétiques et placés ensuite dans des cases de béton imperméables finalement recouvertes de terre.

15. Vers un stockage profond

Des solutions sont recherchées pour le stockage des déchets hautement radioctifs pendant une très longue période (plusieurs centaines de milliers d'années). La méthode retenue est l'enfouissement dans des couches géologiques profondes, très stables, en structures géologiques adaptées (granit, sel ou argile). Un laboratoire expérimental avec galeries souterraines a été implanté à Bure, en Lorraine en France.