Loading ...L’uranium 235 est le seul nucléide naturel qui soit fissile, ou fissible, autrement dit il peut par capture de neutron se scinder en deux noyaux fils avec émission de neutrons (fission nucléaire).
Par suite, l’uranium enrichi en cet isotope est aujourd’hui utilisé comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires ou encore dans les armes nucléaires, que ce soient les bombes dites “atomiques” (ou « bombes à fission »), ou comme “amorce” dans les bombes H (« bombes à fusion » ou « à hydrogène »).
La fission d’un atome d’uranium 235 libère de l’ordre de 200 MeV (la valeur exacte dépendant des produits de fission). Cette valeur est à comparer avec celles de la combustion de carburants fossiles, qui libèrent de l’ordre de 5 eV par atome de CO2 produit : l’ordre de grandeur des énergies libérées par les combustibles nucléaires est un million de fois plus importante que celle des énergies fossiles chimiques.
Le potentiel d’énergie de l’uranium n’est exploité que très partiellement dans les réacteurs actuels, mais la différence reste nette : un kilogramme d’uranium naturel permet la production de 500_000 Mégajoule (MJ) dans un réacteur conventionnel, à comparer avec les 39 MJ obtenus par un kg de gaz, 45 MJ pour un kg de pétrole, et 20 à 30 pour le charbon.
Les isotopes de l’uranium naturel
L’uranium a 17 isotopes, tous radioactifs, dont 3 seulement sont présents à l’état naturel : 238U ; 235U et 234U.
Quelles que soient les teneurs en uranium des milieux, les proportions entre les trois isotopes formant l’uranium naturel sont (presque) exactement les mêmes : 238U : 99,28% ; 235U : 0,71% ; 234U : 0,0054%.
On trouve donc dans une tonne d’uranium naturel pur 7,1 kg d’uranium 235 et 54 g d’uranium 234, le reste étant de l’uranium 238.
Activité massique
L’uranium pur est radioactif, son activité massique dépendant à la fois de son enrichissement, et de la fraîcheur de sa purification chimique.
L’uranium naturel chimiquement purifié (essentiellement composé d’U238 en équilibre avec son descendant l’U234) a une activité spécifique de l’ordre de 25 Bq/mg. En amont, la radioactivité d’un minerai d’uranium, où il est en équilibre avec tous les éléments radioactifs de sa chaîne de désintégration, est naturellement de trois (si le Radon peut s’échapper) à sept fois plus importante.
L’uranium enrichi est plus actif, partiellement du fait de l’activité plus importante de l’U235 (6.33 fois plus radioactif que l’U238), mais surtout à cause de la concentration différentielle en U234 (dix mille fois plus radioactif que l’U238), toujours présent à l’état de traces dans la chaine de désintégration de l’U238. Elle atteint typiquement 2500 Bq/mg pour un enrichissement de 90% (uranium dit de qualité militaire).
Utilisation
Utilisations historiques
À l’origine, le minerai d’uranium était utilisé dans la céramique et la faïence pour ses pigments jaune, orange et vert.
Les isotopes 238 et 235 ont beaucoup d’applications, militaires notamment, mais aussi civiles comme, par exemple, la datation de l’âge de la Terre à partir de la datation radiométrique à l’uranium-plomb ou à l’uranium-thorium.
Réacteur pressurisé Européen
Un réacteur pressurisé européen (EPR) (de l’anglais European Pressurized Reactor, rebaptisé aussi US-EPR pour Evolutionnary Power Reactor aux États-Unis) est un réacteur nucléaire de troisième génération.
Deux chantiers de construction de réacteur de type EPR sont en cours, en Finlande (Olkiluoto) et en France (Centrale nucléaire de Flamanville), mais rencontrent l’un comme l’autre des difficultés (deux ans de retard en Finlande, une suspension partielle des travaux entre mi-mai et mi-juin 2008 par l’Autorité de sûreté en France). D’autres sont en projet, en particulier en Chine et aux États-Unis.
Ce réacteur, qui dérive du N4 français de Framatome et du Konvoi allemand de Siemens, a pour objectif d’améliorer la rentabilité économique et la sûreté par rapport à celles des précédents réacteurs à eau pressurisée. Il est destiné aux pays disposant d’un réseau électrique de forte capacité capable de distribuer une puissance électrique de l’ordre de 1 600 mégawatts. Le réacteur EPR est conçu pour utiliser de l’uranium enrichi à 5 % et éventuellement du combustible nucléaire MOX (jusqu’à 100 % selon Areva NP). Étudié pour fournir 22 % de plus d’électricité qu’un réacteur traditionnel à partir de la même quantité de combustible nucléaire, il devrait permettre de réduire de 30 % le volume de déchets radioactifs générés.
L’EPR est un réacteur à eau pressurisée (REP). Par rapport aux tranches REP actuellement en service en France, l’EPR dispose de plus de circuits de sûreté et d’une puissance accrue. L’EPR est un réacteur à eau sous pression, conçu pour répondre aux normes de sûreté édictées par les autorités de sûreté allemande et française au cours des années 1990. Techniquement, il s’appuie sur les concepts de type N4 (réacteur nucléaire français de 1 450 MW) et Konvoi d’origine allemande.
Les évolutions par rapport à la filière précédente, demandées par les autorités de sûreté nucléaire (française et allemande) qui l’ont certifié, visent à limiter les risques d’accidents et notamment le risque de fusion du cœur du réacteur qui contient l’uranium enrichi, à réduire les doses de radiations susceptibles d’affecter le personnel, et à diminuer les émissions radioactives dans le milieu environnant. Selon ses concepteurs, la probabilité d’accident serait réduite d’un facteur 10, le niveau d’exposition du personnel aux radiations, d’un facteur 2, et le niveau d’activité des rejets, d’un facteur 10, par rapport aux installations les plus récentes en service.
Sur le plan de la compétitivité, l’accroissement de puissance et un meilleur taux d’utilisation du combustible, de l’oxyde d’uranium enrichi à 5 % d’235U, ou un oxyde mixte uranium-plutonium (MOX), devraient, selon les promoteurs de l’EPR, conduire à une diminution sensible du coût du kWh nucléaire.
La combustion plus complète de l’uranium conduirait aussi à réduire de 15 à 30 % la production de déchets radioactifs à vie longue, sachant que ces progrès associés à l’augmentation des taux d’irradiation concerneront aussi pour une large partie le parc actuel.
Sur le plan technique, l’EPR se distingue notamment par son enceinte de confinement composée de deux parois de béton de 1,3 m d’épaisseur et par un nouveau dispositif appelé « récupérateur de corium » destiné à recueillir la partie du cœur fondu qui traverserait la cuve, en situation de fusion du cœur (accident exceptionnellement grave comme celui qui s’est produit à Tchernobyl) ; autrement, dans cette situation, les matériaux du cœur en fusion pourraient traverser le radier (cf. le syndrome chinois) et contaminer l’environnement.
Le réacteur EPR possède plusieurs protections actives et passives contre les accidents nucléaires:
- Quatre systèmes de refroidissement d’urgence indépendants, chacun étant capable de refroidir le réacteur après son arrêt,
- Un conteneur de fuite radioactive autour du réacteur,
- Une enceinte de confinement en cas de fusion du cœur,
- Des murs faits de deux épaisseurs séparées, totalisant 2,6 m d’épaisseur totale
- Comparaisons
Différences de l’EPR par rapport aux réacteurs REP antérieurs
L’EPR ayant été conçu au début des années 90, ses promoteurs le présentent comme étant « évolutionnaire » et non point « fortement innovant ». Selon eux, il contient malgré tout un assez grand nombre d’avancées non négligeables qui font progresser la technologie des REP électrogènes à boucles.
Différences au plan sûreté
Un « récupérateur » de corium en matériau réfractaire peut dans le cas hypothétique d’une fusion de cœur ayant conduit au percement de la cuve maintenir celui-ci dans l’enceinte et le réfrigérer.
Les traversées de fond de cuve des PWR Westinghouse et Framatome des générations antérieures qui constituent une faiblesse de celle ci ont été supprimées.
Les systèmes d’injection de sécurité ont été renforcés et l’adoption d’une organisation dites « à 4 fois 50% » présente un niveau de fiabilité qui est présenté comme plus important que le système précédent tout en facilitant la maintenance en service
Les Autorités de Sûreté allemande et française ont donné leur aval sur ce modèle de réacteur. Ce point est important pour l’accès au marché mondial et la certification a été très longue et difficile dans ce cadre multinational.
Différences au plan exploitation/maintenance
A l’image de ce qui existe sur les réacteurs Konvoi, l’aménagement de nombreux locaux a été repensé dans le but d’améliorer les conditions de travail des opérateurs en charge de la maintenance (ergonomie, accessibilité).
Différences au plan performances
Avec de nouveaux générateurs de vapeur, la pression secondaire atteint quasiment 80 bars ce qui, d’après les promoteurs de l’EPR, représente la valeur conduisant au maximum de rendement pour un cycle à eau vapeur saturée soit sensiblement 36% contre 34% pour les réacteurs antérieurs.
La conception générale a été revue de façon à accroître la disponibilité. On peut notamment citer l’augmentation de la redondance de certains équipements, de façon à pouvoir en assurer la maintenance sans avoir à arrêter l’exploitation du réacteur.
Olkiluoto 3 (Client : TVO, Mise en service prévue en 2011)
La construction d’un deuxième EPR, sur le site de Loviisa, serait à l’étude.
Flamanville 3 (Maître d’ouvrage : EDF, mise en service prévue en 2012).
Nicolas Sarkozy a annoncé le 3 Juillet 2008 lors d’une visite au Creusot la construction d’un deuxième réacteur nucléaire nouvelle génération. La décision de son implantation devrait être décidée d’ici 2009.
AREVA et l’électricien chinois CGNPC ont annoncé, le 26 novembre 2007, la signature d’un contrat portant sur la construction de deux centrales nucléaires EPR sur le site de Taishan dans la province du Guangdong. Associé à un contrat de fourniture de combustible et de services, il s’agit du plus gros contrat de l’histoire du nucléaire civil (8 milliards d’euros).
La signature de ce contrat fait suite à plus de trois ans de discussions entre AREVA et ses interlocuteurs chinois. AREVA avait en particulier participé en 2006 à un appel d’offre en Chine pour la construction de 6 réacteurs nucléaires de troisième génération. Au terme de près de trois ans de négociation, Westinghouse a remporté un contrat pour la construction de 4 AP1000, au prix d’un important transfert technologique.
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