La matière nucléaire venant de l’usine d’enrichissement (l’hexafluorure d’uranium) est transformée en oxyde d’uranium, conditionné en petites pastilles cylindriques. Une pastille d’environ 7 grammes peut libérer autant d’énergie qu’une tonne de charbon.

Ces pastilles sont empilées dans de longs tubes métalliques appelés crayons. Chaque « crayon » (ou gaine) contient environ 300 pastilles et est scellé à chaque extrémité. Les crayons, en alliage de zirconium, sont la première barrière de sûreté contre la dispersion de la radioactivité.

Ces crayons sont ensuite insérés dans des grilles de maintien en alliage de zirconium pour former un assemblage combustible d’environ 4 mètres de haut et de section carrée de 17×17 crayons. Selon la puissance des réacteurs, on compte entre 121 et 250 assemblages par réacteur à eau légère, entre 160 à 800 pour les réacteurs à eau bouillante.

Dans la cuve du réacteur, le combustible subit des transformations dans le temps : diminution de la teneur en matière fissile, formation de plutonium, apparition de produits de fission et de neutrophage … La « durée de vie » d’un assemblage dans un réacteur est donc d’environ 3 à 4 ans (Orano). Le renouvellement du combustible usé s’effectue par rechargement périodique (tous les 12 à 24 mois) d’une fraction du cœur du réacteur (entre 20 et 50 % du nombre total d’assemblages), selon le type de gestion et le niveau de performance des assemblages.

Une fois retiré du réacteur, le combustible usé est immergé dans une piscine de désactivation, sur le site de la centrale. C’est dans cette piscine que commence la décroissance de la radioactivité. Cependant, il contient encore de grandes quantités de matières récupérables. Après une période plus ou moins longue dans la piscine (environ 2 ans), le combustible usé est transporté jusqu’à l’usine de traitement-recyclage (La Hague) dans un emballage étanche constitué de plomb, appelé « château ».

Des qualités particulières du zirconium

Le zirconium est le matériau de référence pour la fabrication d’assemblages de combustible. Il assure le confinement des pastilles d’uranium à l’intérieur du réacteur grâce à ses qualités particulières : excellence résistance à la corrosion, résistance mécanique, stabilité sous irradiation, faible absorption des neutrons thermiques.

Les éléments de structure d’un assemblage pour un réacteur à eau pressurisée (REP)

Un assemblage de combustible est un produit de haute technologie fonctionnant dans un environnement contraint. Par exemple dans un réacteur REP, l’assemblage de combustible doit avoir la capacité de pouvoir supporter des températures supérieures à 300°C, de subir des pressions de 160 bars et au-delà, d’être « opérationnel » entre 3 et 4 ans dans un réacteur, etc.

L’assemblage de combustible en réacteur REP mesure environ 4 mètres et rassemble près de 250 crayons. Chaque crayon a un diamètre extérieur d’environ 1 centimètre et contient près de 300 pastilles de 7 grammes chacune :

• les grilles maintiennent les crayons dans des positions bien définies, afin que le fluide réfrigérant (eau) puisse circuler facilement entre les crayons et à travers les grilles. En général, une grille compte 17×17 emplacements pour les crayons dont 24 sont réservés aux tubes-guides et un pour l’instrumentation.
• Les tubes-guides sont des tubes vides destinés à recevoir les barres de commande. Celles-ci sont composées de matériaux absorbant les neutrons et servent à piloter la réactivité dans le réacteur.
• Les embouts supérieur et inférieur servent à stabiliser la structure de l’assemblage et à la manutentionner.
• Les crayons sont pressurisés à l’hélium (30 bars environ) ce qui permet de compenser la pression extérieure (d’environ 155 bars) ■