Atalante, l’innovation au cœur du cycle du combustible nucléaire - Sfen

Atalante, l’innovation au cœur du cycle du combustible nucléaire

Publié le 31 décembre 2015 - Mis à jour le 28 septembre 2021
  • Occitanie
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À Marcoule (Gard), le CEA exploite son installation dédiée aux recherches sur le cycle du combustible : Atalante pour « ATelier Alpha et Laboratoire pour les ANalyses de Transuraniens et Études de retraitement ». Créée au début des années 1980, cette installation unique en son genre attire scientifiques, étudiants et experts du monde entier. Tour d’horizon avec Nathalie, Yves, Jean-Philippe et Christophe qui contribuent au fonctionnement harmonieux de cette ruche. 

La ruche des actinides

Atalante est la plus récente et la plus importante installation nucléaire au monde dédiée à la recherche et au développement en chimie des actinides. Elle permet de réaliser en un seul lieu des études fondamentales  menées en collaboration avec l’Institut de chimie séparative de Marcoule et de développer des procédés spécifiques pour les différentes étapes du cycle du combustible, en particulier pour le traitement et le recyclage des combustibles nucléaires dans l’aval du cycle. « En France, nous avons fait le choix de recycler les matières, de manière à pouvoir non seulement récupérer l’uranium et le plutonium pour fabriquer à nouveau des combustibles, mais également à pouvoir confiner les déchets ultimes dans une matrice performante. Atalante a été conçue pour mener la R&D sur ces opérations » précise Christophe Poinssot, chef du département radiochimie et procédés en charge d’Atalante.

L’installation est unique par sa taille, par l’ampleur et la diversité des recherches qui y sont menées. « On couvre un domaine allant de la recherche fondamentale la plus amont, jusqu’à la qualification de procédés dont la maturité technologique est proche des applications industrielles. Cela permet de proposer des solutions industrielles qualifiées et pertinentes directement applicables par les industriels »

L’installation est composée de cinq bâtiments reliés entre eux, et abritant chacun de nombreux laboratoires étudiant différentes parties des procédés de recyclage. On y est ainsi capable de reproduire l’ensemble des étapes qui se déroulent dans les usines de traitement/recyclage : la dissolution des combustibles nucléaires irradiés pour solubiliser les matières nucléaires ; les procédés de séparation pour récupérer et purifier les matières nucléaires ; les procédés de conversion pour transformer les matières nucléaires en poudres réutilisables ; les procédés de fabrication pour utiliser ces poudres et produire de nouveaux combustibles de type MOX ; et les procédés de vitrification pour confiner les déchets ultimes dans une matrice robuste et durable. Enfin, l’installation Atalante -dispose également d’unités pour traiter les effluents et les déchets qui sont générés par la recherche.

Près de 200 « expérimentateurs », ingénieurs, chercheurs, techniciens ou thésards de différents départements du CEA Marcoule travaillent quotidiennement dans Atalante pour faire avancer les connaissances sur les procédés de l’aval du cycle grâce au soutien constant et efficace des 70 autres salariés qui assurent l’exploitation en toute sécurité et sûreté de l’installation. « Pendant la journée, Atalante ressemble à une ruche de plusieurs centaines de personnes. La nuit, des campagnes expérimentales peuvent se dérouler en continu toute la semaine, et l’ambiance est alors très différente pour la trentaine de personnes qui pilotent ces grands essais » précise Nathalie Herlet, chef de l’un des services de R&D d’Atalante.

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Manipulation en caisson blindé

Quatre axes de recherche

L’appui technique des usines AREVA

Avec Atalante, le CEA apporte son appui technique à AREVA pour optimiser le fonctionnement des usines de La Hague (Manche) et de Melox (Gard) et pour répondre aux nouveaux enjeux industriels, économiques et de sûreté. « Le CEA Marcoule est le bailleur de procédés des usines industrielles et certains de nos salariés sont régulièrement détachés chez AREVA pour aider l’industriel à utiliser au mieux ses ateliers de production » rappelle Jean-Philippe Dancausse, chef d’un des services de R&D d’Atalante.

Préparer les cycles du futur

Demain, avec les réacteurs à neutrons rapides, les procédés de -traitement–recyclage devront évoluer pour être encore plus efficaces, compacts, économiques et respectueux de l’environnement. « Aujourd’hui, pour séparer le plu-tonium, trois ateliers de séparation successifs sont nécessaires. L’objectif du CEA est d’arriver, avec des performances au moins égales, à réaliser ces opérations de séparation dans un seul atelier, tout en mettant en œuvre moins de produits chimiques, voire si possible dans des appareils plus petits », un challenge motivant que portent les équipes de Jean-Philippe Dancausse. D’autant qu’à l’avenir, les usines de retraitement seront amenées à gérer des flux de plutonium plus importants (la teneur en Pu des combustibles des réacteurs rapides étant, elle aussi, plus importante).

Recycler les actinides mineurs

Depuis 1991 et l’adoption de la loi Bataille, d’importants travaux de recherche ont été réalisés en vue de proposer des solutions pour réduire la toxicité et la durée de vie des déchets ultimes. L’objectif est de séparer les éléments les plus nocifs sur le long terme comme l’américium, un actinide dit mineur, pour pouvoir ensuite les transformer (on parle de transmutation) en éléments moins nocifs et de plus courte durée de vie (l’objectif est de passer de quelques centaines de milliers d’années à quelques centaines d’années…). Grâce aux travaux menés par les équipes d’Atalante, des procédés ont pu être développés qui permettent de séparer efficacement ces éléments comme l’ont montré les expériences menées dans l’installation sur quelques kilogrammes de combustibles nucléaires irradiés. Aujourd’hui, les efforts de recherche se sont réorientés vers le -développement de procédés de multi-recyclage du plutonium, « un enjeu stratégique pour développer un nucléaire durable et sûr » estime Christophe Poinssot.

Vitrifier les déchets

Dès la fin des années 1950, les chercheurs du CEA ont pris conscience du problème posé par les déchets résultant de la fission de l’atome. Ils ont ainsi développé des procédés de vitrification performants et uniques au monde capables de piéger les déchets ultimes issus du traitement du combustible usé dans une matrice de verre résistante à l’altération. Ces générations successives de procédés sont aujourd’hui mises en œuvre avec succès dans les usines AREVA de La Hague. Dans les laboratoires d’Atalante, les chercheurs continuent de mener des expériences pour qualifier le comportement à long terme des verres nucléaires et développer des modèles physico-chimiques permettant de garantir les propriétés de confinement sur le long terme.

Deux catégories de laboratoires

Les boîtes à gant

« Dans les laboratoires “alpha”, on manipule des matières contaminantes, peu irradiantes, essentiellement des actinides comme le plutonium » détaille Yves Chicouène, le chef d’installation d’Atalante. Le risque n’étant pas celui de l’irradiation mais celui de la contamination, « c’est pourquoi nous travaillons dans des enceintes étanches appelées boîtes à gants afin de prévenir toute dissémination de la matière radioactive ». C’est dans ces boîtes à gants transparentes qui sont en dépression permanente par rapport au laboratoire que les chercheurs mènent leurs expériences. Dans chaque laboratoire d’Atalante, on trouve plusieurs boîtes à gant et chacune à une fonction bien précise. « Par exemple, pour développer les procédés de séparation par solvant, on réalise alors des opérations de mise en contact des solutions contenant les matières nucléaires, ici de l’uranium et du plutonium, à séparer avec des solutions organiques contenant des extractants spécifiques et on caractérise les quantités d’uranium ou de plutonium extraites. » Mener à bien les programmes de R&D nécessite souvent de transférer les échantillons radioactifs d’une boîte à gant à une autre. « Pour cela, on utilise des manches en vinyle qui sont intégrées à la boîte à gant : on prend l’échantillon, on l’introduit dans la manche, puis, on vient souder le vinyle pour assurer la bonne étanchéité de la manche avant une séparation de la partie contenant l’objet en vue de son transport. » Lors de ces opérations de transfert, il subsiste toujours un risque minime de déconfinement. C’est pourquoi ces opérations qui ne durent qu’une dizaine de minutes, sont planifiées et obligent toutes les personnes présentes dans le laboratoire durant ces moments à porter un masque.

Les chaînes blindées

Dans l’installation Atalante, les chercheurs manipulent également des matières très irradiantes du fait de la présence de nombreux éléments émettant des rayonnements gamma. Dans ce cas, la protection des boîtes à gants ne suffit plus : il est nécessaire alors, pour se protéger des rayonnements, d’interposer des murs épais de béton, d’acier ou de plomb entre la matière et les expérimentateurs. Puisqu’il n’est plus possible de travailler avec les mains, les chercheurs utilisent alors des bras télé-opérés pour manipuler la matière à travers ces murs épais où s’ouvrent des hublots en verre plombé d’un mètre d’épaisseur : c’est ce qu’on appelle des chaînes blindées. Ce système de bras qui n’est pas sans rappeler le film Transformers, permet aux opérateurs de manipuler la matière radioactive à distance, depuis l’extérieur du caisson. « Travailler en chaîne blindée nécessite une grande dextérité et une longue expérience pour être capable de télémanipuler avec précision des objets de petite taille utilisés dans les expériences de chimie. Évidemment, cela rallonge considérablement le temps nécessaire pour réaliser les expériences. C’est pourquoi les expérimentateurs sur chaînes blindées d’Atalante travaillent en régime posté sur des plages horaires élargies de 5 h à 20 h 30. Quand il y a des campagnes d’essais, les équipes passent en régime continu ce qui permet de mener les expériences sans interruption du lundi 5 h au vendredi 20 h 30. C’est du non-stop » explique Yves Chicouène.

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Les boîtes à gant

 
 
 
Atalante en chiffres
 
– 2013 Atalante reçoit la distinction de « Nuclear historic landmark » de l’American Nuclear Society, qui récompense des installations ayant permis des avancées scientifiques exceptionnelles.
– 25 000 m2 de locaux
– 17  laboratoires pour travailler avec de la matière radioactive. 
– 250  boites à gants.
– 11  chaînes blindées, équipées de 59 postes de travail avec bras télémanipulateurs.
– 1  unité de traitement des effluents organiques.
– 2  chaînes blindées de gestion des effluents et déchets. 
– Plus de  270 salariés CEA dont 30 thésards.
 

Par la Rédaction

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