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Le Plutonium, un pouvoir énergétique incomparable

L’industrie nucléaire française a depuis plus de 50 ans opté pour une filière de recyclage des combustibles nucléaires. Le choix d’une stratégie de recyclage permet d’une part, l’économie des ressources naturelles, la réduction du volume, le conditionnement sûr et stable des déchets à vie-longue et contribue à l’indépendance énergétique du pays.



Ainsi, le recyclage du plutonium et de l’uranium issus des combustibles usés répond à l’exigence d’économie des ressources naturelles dans le cadre de la production d’électricité d’origine nucléaire.

Aujourd’hui, le combustible usé est recyclable à 96 %. Ce recyclage permet d’économiser jusqu’à 20 % de l’uranium alimentant le cycle du combustible, via la séparation du plutonium et de l’uranium encore présents dans les combustibles usés. 

De surcroît, le recyclage du plutonium - et donc le non-conditionnement en colis de déchet de cette matière - permet de réduire jusqu’à un facteur 10 la radiotoxicité des déchets.

Valorisation du combustible usé Valorisation du combustible usé

Un gramme de plutonium équivaut à une tonne de pétrole

Le groupe Orano contribue directement à ce recyclage en séparant les matières nucléaires et les déchets contenus dans les combustibles nucléaires usés. Parmi les 96 % de matières valorisables, le plutonium qui représente 1 %, a un potentiel énergétique considérable. En effet, 1 gramme de plutonium permet de produire autant d’énergie que 100 g d’uranium ou qu’1 tonne de pétrole.

C’est sur le site Orano la Hague que ce plutonium est extrait des matières contenues dans le combustible usé. Il y est purifié et conditionné sous forme stable de poudre d’oxyde de plutonium (PuO2) dans les ateliers R4 et T4 de l’usine de la Hague.

Au 31 décembre 2020, il y avait 74 tonnes de plutonium entreposées sur le site de la Hague ce qui représente  3 fois moins que ce qui a été déjà recyclé au sein de l’usine de Melox (Gard).

Le combustible MOX permet de produire 10 % de l’électricité nucléaire en France

Les premiers chargements de combustibles MOX dans les réacteurs de la filière eau légère remontent aux années 1970.

Les combustibles MOX, composés d’uranium appauvri (environ 92 %) et de plutonium (environ 8 %), sont fabriqués à l’usine Orano Melox à Marcoule et sont autorisés aujourd’hui dans 24 réacteurs à eau pressurisée du parc nucléaire Français. Dans le monde, 44 réacteurs nucléaires ont utilisé ou utilisent du combustible MOX. 

En 2020, le site de Melox a réalisé une campagne de fabrication de combustibles MOX pour les Pays-Bas et initié une campagne de fabrication de combustibles MOX pour le Japon, laquelle s’est achevée en 2021.
Pastilles crues avant entrée dans le four de frittage Pastilles crues avant entrée dans le four de frittage. Usine de fabrication de combustibles MOX. MELOX. Bagnols-sur-Cèze. France © Orano

Au total, environ 8 650 assemblages combustibles MOX ont été livrés dans le monde à fin 2020, dont plus de 5750 pour EDF, et ont permis de produire de l’électricité bas carbone tout en économisant les ressources naturelles en uranium. 

Environ 10 % de l’électricité nucléaire française est en effet produite à partir de combustible MOX.

Par ailleurs, le multi-recyclage à moyen terme du MOX fait l’objet d’un programme de développement conformément à la stratégie de traitement - recyclage définie par la Programmation Pluriannuelle de l’Energie 2019-2028. Ce programme intègre des études et expérimentations avec notamment pour objectif l’introduction d’un assemblage test en réacteur à l’horizon 2025-2028.

Des rebuts MOX recyclables


Lors des opérations de fabrication réalisées à Melox, certaines pastilles de combustible ne remplissent pas l’ensemble des critères de qualité demandés par nos clients. Ces pastilles, nommés rebuts, peuvent prendre la forme d’un assemblage rebuté ou être sous forme de pastilles et conditionnées dans des conteneurs spécifiques. 

Piscine d'entreposage des combustibles usés. Usine de traitement des combustibles usés Orano, établissement de la Hague. Cherbourg. France. Piscine d'entreposage des combustibles usés. Usine de traitement des combustibles usés Orano, établissement de la Hague. Cherbourg. France. © Larrayadieu Eric

Un traitement est nécessaire afin de pouvoir les ré utiliser comme futur combustible dans les réacteurs nucléaires 

En attendant le traitement, selon les capacités d’entreposage de l’usine de Melox, ces rebuts sont transférés vers le site Orano la Hague.

Au 31 août 2021, le site de la Hague entreposait 361 assemblages de rebuts MOX dans ses piscines ainsi que 1722 conteneurs de rebuts sous forme de pastille. 

En anticipation, Orano la Hague demande une extension de ses entreposages 


Le changement de poudre d’uranium utilisé au sein de l’usine Melox pour produire le combustible MOX et de son mode de production ont occasionné des difficultés opérationnelles. Elles se traduisent depuis 4 ans par un ralentissement important de la production (81 tML en 2020).

Historiquement, Melox a expédié entre 5 et 10 tonnes de rebuts par an vers le site de la Hague. Depuis 3 ans, du fait des difficultés de production, ces volumes ont cru et sont désormais compris entre 15 à 20 tonnes par an, et dont une proportion significative est conditionnée sous la forme de conteneurs.

Le site a engagé un grand plan de transformation pour restaurer son rythme de production à 125 tonnes fabriquées par an sous forme d’assemblages de combustible MOX. Le premier axe consiste à un retour à la poudre d’origine. Dès 2017, le groupe Orano a lancé le projet de construction d’un nouvel atelier sur le site de Malvési (Aude) qui produira une poudre d’uranium appauvri selon des caractéristiques identiques la poudre « voie humide ». Les premiers lots sortiront de l’usine de Malvési en 2022 pour une campagne d’essais avant leur utilisation industrielle.

Les deux autres axes consistent en la remise à niveau des machines avec un plan de maintenance étalé sur 2 ans. Par ailleurs, afin de maintenir un haut niveau de compétence, Orano va créer une Ecole du MOX. Les métiers mis en œuvre sur le site de Melox requièrent en effet des compétences uniques, tant au niveau de la maîtrise des gestes techniques que par la gestion des aspects relatifs à la radioprotection du personnel d’intervention. 


Orano la Hague accompagne l’exécution de ce plan de relance de la production de l’usine de Melox en augmentant ses capacités d’entreposage pour accueillir, de manière temporaire, davantage de rebuts conditionnés sous forme de conteneurs Un dossier a récemment été déposé auprès de l’Autorité de Sûreté Nucléaire, dans le respect des autorisations administratives du site.  

 

Photographie aérienne de la Hague © Orano - Cyril Crespeau

Pour ce faire, le site de la Hague va utiliser des locaux existants non nécessaires au fonctionnement des ateliers actuels et répondant à toutes les exigences de sûreté et de protection de la matière. La solution présentée à l’Autorité de Sûreté Nucléaire consiste à mettre en œuvre des modules d’entreposage de conteneurs de rebuts MOX sous forme de « racks ». La conception modulaire de ces entreposages permet de limiter le nombre de manutention. Cette solution, déjà éprouvée, répond à toutes les normes actuelles de sûreté (risque de criticité, résistance au séisme, …) et ne présente pas de risque supplémentaire. 

La capacité opérationnelle d’entreposage de conteneurs de plutonium et des conteneurs de rebuts du site de la Hague est de 6467 conteneurs.  1722 emplacements étaient occupés au 31 août 2021 par des conteneurs de rebuts. L’objectif de la demande d’Orano est donc de créer de nouveaux entreposages spécifiques pour les conteneurs de rebuts , ce qui augmentera la capacité de stockage de 20 à 25%. 

La mise en place de ces mesures se fait en étroite collaboration avec l’Autorité de Sûreté Nucléaire. 

Ces difficultés industrielles ponctuelles ne remettent pas en cause l’intérêt du recyclage qui permet de réduire le volume des déchets et d’économiser les ressources naturelles.

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