L'extraction
L'uranium est un métal assez répandu dans le sous-sol de la Terre. Il est contenu dans des minerais, qui sont extraits de gisements à ciel ouvert ou en galeries souterraines. Ces gisements se trouvent essentiellement en Australie, aux États-Unis, au Canada, en Afrique du Sud et en Russie. En France, il en existe en Vendée et dans le Limousin, mais ils sont en voie d'épuisement.
Le traitement
Le minerai est réduit en petits morceaux, finement broyé et soumis à des opérations chimiques pour en extraire l'uranium. Cela permet d'obtenir un uranium très concentré, sous forme d'une poudre jaune appelée yellow cake. 1 000 tonnes de minerai donnent de 1,5 à 10 tonnes de yellow cake, contenant 75 % d'uranium. Le yellow cake est ensuite raffiné pour le débarrasser de ses impuretés et obtenir un uranium complètement pur.
L'enrichissement
À ce stade, 1 kg d'uranium naturel est composé de 993 g d'uranium 238 et de 7 g d'uranium 235.
Seul l'uranium 235 est fissile mais il n'est pas en proportion suffisante pour être utilisable dans les réacteurs des centrales. L'uranium doit donc être enrichi en uranium 235, de façon à ce qu'il en comporte entre 30 et 50 g.
La fabrication du combustible
Une fois enrichi, l'uranium est transformé en poudre noire. Comprimée et cuite au four, elle donne des petits cylindres d'environ 7 g et de 1 cm de long, appelés pastilles. Chaque pastille peut libérer autant d'énergie qu'1 t de charbon.
Les pastilles sont enfilées dans des tubes en métal de 4 m de long dont les extrémités sont bouchées, pour constituer ce que l'on appelle des crayons. Ces crayons sont regroupés par lots dans des assemblages combustibles. Ces assemblages sont placés dans le cœur du réacteur pour le faire fonctionner.
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Comment est stocké l'uranium dans un réacteur nucléaire ? Tous les ans, on change un tiers du combustible qui est usé. Cette opération se déroule, réacteur à l'arrêt, sous une protection de 8 mètres d'eau. Les assemblages stockés pendant un an minimum dans la piscine de désactivation y perdront une partie de leur radioactivité.
La consommation
Les pastilles vont séjourner entre 4 et 5 ans dans le réacteur et subir des réactions de fission nucléaire.
Au fil du temps, elles vont s'épuiser en uranium 235 et devront être remplacées. Cette opération s'effectue dans l'eau car elle permet de piéger les rayonnements radioactifs. Le combustible usé reste ensuite pendant 3 ans en piscine de refroidissement, le temps de perdre peu à peu une partie de sa radioactivité.
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Pourquoi le combustible usé d'une centrale nucléaire est stocké dans une piscine de refroidissement ? Le combustible nucléaire est placé au cœur du réacteur dans 157 assemblages chacun constitués d'un faisceau de 254 tubes de 4 mètres de long. C'est à l'intérieur de ces tubes (ou crayons) que se trouvent les pastilles d'uranium empilées les une sur les autres.
Le retraitement
Dans la plupart des pays, le combustible usé est mis dans des conteneurs d'acier et transporté vers une usine de retraitement. Celle de La Hague (AREVA), en France, dans le département de la Manche, est la plus grande installation de retraitement du monde.
Le retraitement consiste à séparer les différents éléments du combustible par des traitements mécaniques et chimiques de façon à les réutiliser et également à séparer les déchets. Ainsi, l’uranium est à nouveau enrichi pour produire du combustible nucléaire. 96 % du combustible usé est réutilisé.
La partie du combustible usé qui ne peut pas être réutilisée, appelée déchets ultimes, est coulée dans du verre en fusion et entreposée pendant 30 à 40 ans à l'usine de La Hague.
Le nucléaire
