Advanced Fuel Management : le combustible enrichi de Framatome pour accroître les performances des réacteurs aux États-Unis

Aux États-Unis, un programme consistant à utiliser de l’uranium plus enrichi dans les réacteurs afin d’améliorer leur performance et leur disponibilité est en cours. Framatome est au cœur du dispositif pour la conception du combustible et son transport.

En 2021, Framatome a signé un accord de coopération de quatre ans avec le département américain de l’Énergie (DOE). Il s’agit de poursuivre le développement de la technologie du combustible résistant aux accidents (Accident Tolerant Fuel) dans le cadre de son programme PROtect EATF. Dans le cadre de cet accord, Framatome a fait la démonstration de ses solutions EATF et a obtenu l’approbation de la NRC, l’autorité de sûreté américaine. Cet accord de coopération comprend l’objectif complémentaire d’améliorer la durabilité du parc nucléaire américain en repoussant les limites d’enrichissement de l’uranium et de taux de combustion (ou burn-up) des crayons combustible des réacteurs à eau légère.

Pour répondre à ce nouveau défi, Framatome a lancé son programme Advanced Fuel Management (AFM), axé sur une réduction substantielle des coûts de production des exploitants de réacteurs et des stocks de combustible usé. Cela passe par la combinaison de plusieurs leviers technologiques : l’augmentation de l’enrichissement et des taux de combustion afin d’améliorer l’utilisation du combustible, l’augmentation de la durée des cycles et la réduction des temps cumulés d’arrêt de tranche.

La NRC a depuis longtemps établi une limite en enrichissement de l’U235 de 5 % et la limite de burn-up des crayons combustible est de 62 GWd/MTU. Plusieurs études, ainsi que l’analyse détaillée de Framatome, confirment que des augmentations modérées de la limite d’enrichissement (jusqu’à 8 %) et de burn-up moyen des crayons combustible (jusqu’à 75 GWd/MTU) peuvent être réalisées sans compromettre l’intégrité des crayons combustible. Ces caractéristiques permettent de réduire le nombre d’assemblages combustible rechargés à chaque cycle et d’allonger la période d’exploitation entre les arrêts pour de nombreux réacteurs. À la clé, une augmentation du facteur de disponibilité pour un gain d’un mois d’arrêt tous les six ans par exemple.

Framatome s’est engagé à obtenir l’approbation de la NRC pour augmenter les niveaux d’enrichissement en U235 et les limites de taux de combustion. En outre, l’entreprise sollicite l’approbation des technologies requises pour concevoir, fabriquer et trans- porter du combustible à l’enrichissement accru. Comme le montre la figure 1, la portée du projet AFM couvre l’ensemble du cycle du combustible.

L’infrastructure d’enrichissement actuelle, qui soutient l’approvisionnement mondial en combustible pour les réacteurs à eau légère, a été spécifiquement développée pour livrer des produits à base d’uranium enrichi (EUP, Enriched Uranium Products) jusqu’au plafond de 5 % en masse d’U235, également appelé « LEU » (Low Enriched Uranium). Les enrichisseurs et les fournisseurs de conteneurs de transport d’hexafluorure d’uranium UF6 ont commencé à travailler sur la production et la livraison de matière enrichie entre 5 % et 10 %, appelée « LEU+ », à peu près au moment où Framatome a lancé son programme AFM. Framatome échange avec les fournisseurs d’EUP pour communiquer l’objectif d’enrichissement accru prévu pour la production de son usine de fabrication de combustible de Richland à Washington, et planifie également la disponibilité de suremballages et des cylindres d’UF6 contenant la matière LEU+.

Pendant que les développements relatifs à l’EUP et à la fabrication du combustible LEU+ se poursuivent, les exploitants de réacteurs doivent entreprendre des études et des mises à niveau de leurs installations pour s’assurer qu’elles seront prêtes à recevoir physiquement des assemblages de combustible chargés avec des pastilles de LEU+. Ces analyses et la révision des nombreux documents de spécifications techniques de la centrale, des rapports de sûreté et des procédures d’exploitation nécessaires pour refléter la réception et l’exploitation du combustible AFM exigent des efforts significatifs. Pour réduire la charge sur les opérations des centrales, Framatome a pris l’initiative de travailler avec un opérateur de centrale américain pour analyser les infrastructures et les documentations des centrales impactées par le combustible LEU+. Les connaissances acquises grâce à cet effort collectif ont été rassemblées dans un guide de mise en œuvre.

PRINTEMPS 2023 # RGN 1