Le cycle du combustible nucléaire

L’uranium permet de produire énormément d’énergie – 20 000 fois plus que le charbon pour le même poids. Mais, contrairement au charbon, le minerai d’uranium extrait du sol est loin d’être prêt à utiliser pour alimenter les centrales.

La présente brochure explique comment le minerai d’uranium devient du combustible nucléaire et comment on gère ce combustible après l’avoir utilisé dans un réacteur. Ces étapes sont appelées « le cycle du combustible nucléaire ».

Extraction

L’oxyde d’uranium (U3O8) est présent presque partout sur la Terre, notamment dans l’eau. Le Canada est doté de riches gisements. D’ailleurs, le nord de la Saskatchewan compte certains gisements dont la teneur en uranium est parmi les plus élevées dans le monde.

On extrait généralement dans un puits à ciel ouvert le minerai se trouvant près de la surface, tandis qu’une mine souterraine est nécessaire pour les gisements en profondeur. Une troisième méthode, appelée « récupération sur place », consiste à dissoudre l’oxyde d’uranium dans le minerai directement sur le site d’extraction.

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Baril rempli de yellowcake. Source : Commission canadienne de sûreté nucléaire.

Conversion du minerai en combustible

Plusieurs étapes permettent de transformer le minerai d’uranium en pastilles de combustible qui pourront être chargées dans un réacteur nucléaire.

Concentration – Pour extraire l’uranium, on broie le minerai dans une usine de concentration de manière à obtenir une pulpe. On verse ensuite de l’acide sulfurique sur la pulpe pour éliminer les déchets, ce qui produit de l’oxyde d’uranium (U3O8) sous forme de poudre, souvent appelée « yellowcake ».

Raffinage et conversion – Des procédés chimiques permettent de purifier le yellowcake et de le convertir en trioxyde d’uranium (UO3). Un traitement ultérieur transforme ce produit chimique en dioxyde d’uranium (UO2), qui sert à alimenter les réacteurs.

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Usine de raffinage de Blind River, seule installation de raffinage d’uranium au Canada. Source : Cameco.

Enrichissement – L’uranium 235, la variété qui produit l’énergie, ne représente que 0,7 % de l’uranium naturel. Le reste est de l’uranium 238, qui n’est pas utilisé pour la production d’énergie. Les réacteurs canadiens utilisent cet uranium à faible concentration d’uranium 235, mais la plupart des réacteurs dans le monde ont besoin d’une concentration supérieure. L’enrichissement permet d’obtenir un oxyde d’uranium ayant une concentration d’uranium 235 de l’ordre d’environ 3 à 5 %.

Fabrication du combustible – La poudre de dioxyde d’uranium est comprimée en petites pastilles qui sont ensuite cuites dans un four à haute température et façonnées à des dimensions précises en vue de leur chargement dans un réacteur.

Dans le réacteur, les réactions nucléaires contrôlées réchauffent un fluide, généralement de l’eau, pour générer de la vapeur. Cette vapeur actionne les turbines, ce qui produit l’électricité.

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Stockage et élimination

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Piscine de stockage du combustible irradié à la centrale Bruce B. Source : Bruce Power.

Le combustible retiré d’un réacteur est chaud et radioactif. Il ne serait pas sécuritaire de le placer aussitôt dans une installation de stockage à long terme. L’exploitant de la centrale nucléaire immerge le combustible irradié dans une piscine de refroidissement pendant plusieurs années. Lorsque la radioactivité et la chaleur ont suffisamment diminué, il place le combustible dans un conteneur en béton et en acier sur le site même.

Si le combustible irradié renferme assez d’uranium 235 ou de plutonium, qui est un sous-produit, il est possible de le recycler pour récupérer ces précieuses sources d’énergie.

On prévoit de construire un site de stockage permanent pour l’ensemble du combustible irradié du Canada. Ce site sera aménagé dans une formation rocheuse en profondeur qui ne risque pas d’être perturbée en cas de tremblement de terre ou d’activités à la surface pendant des milliers d’années.

Sources : 

Association nucléaire canadienne, https://cna.ca/fr/.