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combustible

Combustible nucléaire
Combustible nucléaire

Matière susceptible de fournir de l'énergie.

Les combustibles liquides les plus importants sont ceux qui proviennent du raffinage du pétrole. On distingue essentiellement les carburants destinés à la propulsion et les fuel-oils, ou mazouts, destinés aux moteurs Diesel fixes, à la propulsion des navires et à la production de chaleur.

Les combustibles gazeux les plus répandus sont les gaz naturels issus de gisements spécifiques ou associés à des gisements pétrolifères. Les gaz de pétrole liquéfiés, butane et propane, proviennent du raffinage du pétrole, mais sont également présents dans certains gisements de gaz naturel. (→ pétrole.)

Les combustibles nucléaires. La maîtrise de l'énergie de fusion étant encore lointaine, le terme de combustible nucléaire est habituellement réservé aux matières qui contiennent des nucléides fissiles, c'est-à-dire qui peuvent subir la fission dans un réacteur nucléaire. Les nucléides fissiles qui ont la plus grande importance pratique sont certains isotopes de l'uranium et du plutonium.

L'uranium 235 peut subir la fission en émettant deux ou trois neutrons (dont un est utilisé pour entretenir la réaction nucléaire) et en fournissant de l'énergie. L'uranium 238 peut aussi subir la fission, mais plus souvent absorbe un neutron et donne l'uranium 239. Ce dernier, radioactif, donne successivement le neptunium 239 et le plutonium 239, lui-même fissile. On dit que l'uranium 238 est fertile.

Deux éléments naturels présentent de l'intérêt pour constituer les combustibles des réacteurs nucléaires : l'uranium et le thorium. L'uranium naturel est un mélange de trois isotopes, l'uranium 238 (99,28 %), l'uranium 235 (0,71 %) et l'uranium 234. Le thorium 232 est fertile et donne l'uranium 233 fissile, mais son emploi en énergie nucléaire a jusqu'ici été très limité. En fait, les combustibles actuels contiennent essentiellement de l'uranium, renfermant une proportion plus ou moins importante d'uranium 235, et éventuellement du plutonium. Ils se présentent le plus souvent sous forme d'oxydes frittés.

Les réacteurs industriels les plus utilisés sont les réacteurs à eau ordinaire, et en premier lieu les réacteurs à eau ordinaire sous pression (REP), sur lesquels est fondé le programme électronucléaire français. Dans ces derniers le combustible est constitué de pastilles d'oxyde d'uranium enrichi à 3,25 % (c'est-à-dire d'uranium contenant 3,25 % d'uranium 235). Les pastilles cylindriques, placées dans une gaine étanche de Zircaloy, constituent l'élément combustible de faible diamètre également appelé crayon. L'assemblage combustible comprend 264 crayons et 24 tubes guides. Ceux-ci peuvent recevoir une grappe de crayons spéciaux qui absorbent les neutrons et participent au réglage de la puissance du réacteur. Le cœur d'un REP équipant une unité électronucléaire de 900 MW compte 157 assemblages de ce type.

Le cycle du combustible est l'ensemble des opérations liées à l'approvisionnement en combustible des réacteurs. Dans le cas des réacteurs à eau ordinaire il comprend l'extraction et la concentration de l'uranium, sa conversion en hexafluorure (UF6), son enrichissement dans une usine de séparation isotopique, la fabrication des pastilles d'oxyde (UO2) et la réalisation des crayons et des assemblages, le chargement dans le réacteur et la production d'énergie, le déchargement suivi d'une période de désactivation, et enfin le retraitement au cours duquel les déchets radioactifs sont séparés des matières de valeur, uranium et plutonium, qui n'ont pas été consommées. Les déchets sont ensuite traités, conditionnés et stockés. (→ enrichissement, fission, réacteur.)