Les assemblages de combustible nucléaire

1. Les assemblages de combustible nucléaire …en France et au Japon

2. Après enrichissement, l’hexafluorure d’uranium est converti en oxyde d’uranium sous la forme d’une poudre noire.

3. Celle-ci est comprimée puis frittée (cuite au four) pour donner des petits cylindres d’environ 1 cm de long et gros comme des petits morceaux de craie, appelés « pastilles » ou « pellets ».

4. Chaque pastille, qui ne pèse que 7 g, peut libérer autant d’énergie qu’une tonne de charbon (1 million de grammes). = 7 g d’oxyde d’uranium 1 tonne de charbon

5. Il existe différentes sortes de pastilles suivant les constructeurs, les époques, les réacteurs.

6. Chaque pastille fait l’objet d’une vérification.

7. Les pastilles sont enfilées dans de longs tubes métalliques de 4 m de long en alliage de zirconium (Zircalloy) ; ce sont les « gaines », dont les extrémités sont soudées pour constituer les « crayons » de combustible (ou « barres »). Les tubes sont remplis d'hélium à 30 bar.

8. Pourquoi du zirconium ? Parce que, dans les conditions normales d’utilisation, il résiste très bien à la corrosion et absorbe peu de neutrons thermiques.

9. Mais il a un gros défaut :Le Zircalloyprésente une grande affinité avec l'hydrogène avec lequel il forme des hydrures, ce qui le fragilise. Gaines de combustibles éclatées entre 700 et 900 °C Or, dans certaines conditions de forte radioactivité ou de température, l’eau peut être « craquée », c’est-à-dire dissociée en hydrogène et oxygène.

10. Dans les centrales nucléaires françaises, un crayon contient 272 pastilles.

11. Les crayons sont préparés pour être rassemblés en “fagots” de section carrée ou circulaire, appelés assemblages de combustible.

12. En France, les assemblages ont une section carrée.

13. Les crayons sont maintenus dans une armature rigide, en carré de 17×17 crayons.

14. Chaque assemblage contient 264 crayons. 17 x 17 = 289 - 24 tubes guides grappe de commande (ou grappe de contrôle, pour absorber les neutrons) - 1 tube guide instrumentation

15. La masse d'un assemblage est de 640 kg

16. A Fukushima Daiichi, les assemblages avaient 63 crayons(modèle déjà ancien) Plus petits, ils ont une masse d’environ 172 kg.

17. Les assemblages sont eux-mêmes assemblés disposés selon une géométrie précise dans le cœur du réacteur. En France, selon les réacteurs, il y a 157, 193 ou 205 assemblages placés verticalement dans la cuve. Le chargement d’un réacteur nucléaire de 900 mégawatts nécessite 157 assemblages contenant en tout 11 millions de pastilles.

18. A Fukushima Daiichi, le réacteur 1 avait 400 assemblages, les réacteurs 2 et 3 en avaient 548.Le réacteur 4 n’était pas chargé le jour de l’accident.

19. Les assemblages groupés au centre de la cuve forment le cœur du réacteur. La cuve est la deuxième barrière de confinement.

20. En France, les barres des contrôle sont situées au-dessus de la cuve et peuvent descendre par gravité.A Fukushima, les barres de contrôles sont situées en dessous de la cuve. Réacteur 1 de Fukushima Daiichi : les trous destinés au passage des 97 barres de contrôle en fond de cuve . A Fukushima, le gros défaut est que la cuve est percée en son fond. En cas de fonte du cœur (meltdown), le corium a plus facile à percer la cuve.

21. Stockage des assemblages de combustible usé Au bout d’un certain temps, le combustible doit être retiré du réacteur. Ce combustible usé est très radioactif en raison de la présence des produits de fission. Les rayonnements émis par ces atomes radioactifs dégagent beaucoup de chaleur c’est pourquoi, après son utilisation, le combustible usé est entreposé dans une piscine de refroidissement, appelée aussi « piscine de désactivation » près du réacteur pendant 2 à 3 ans pour laisser diminuer son activité.

22. A Fukushima, au bout de 2 ans environ, on transfèraitles assemblages dans une autre piscine qui est sur le même site : la piscine commune.

23. Cette piscine commune aux 6 réacteurs stocke 6375 assemblages, soit environ 1000 tonnes de combustible usé.

24. Différence entre assemblage de combustible neuf et assemblage de combustible usé On peut manipuler un assemblage neuf, il n’est que très peu radioactif. Par exemple, à Fukushima, Tepco a retiré deux assemblages de combustible neuf de la piscine 4 le 19 juillet 2012.

25. Différence entre assemblage de combustible neuf et assemblage de combustible usé On ne peut pas approcher un assemblage de combustible usé. Il est trop radioactif. C’est pourquoi les assemblages doivent impérativement être plongés dans l’eau car l’eau arrête les rayonnements.

26. Comparaison de sites nucléaires A Fukushima Daiichi : si on compte les assemblages présents dans les 5 réacteurs, les 7 piscineset l’entreposage à sec, il y a en tout 14 633 assemblages, soit environ 2500 tonnes de combustible. S’il arrivait un problème à une piscine suspendue à 30 m de hauteur, à cause d’un séisme par exemple, ce serait une catastrophe pire que Tchernobyl (car abandon du site obligatoire).

27. Comparaison de sites nucléaires A La Hague, il y a environ 3 fois plus de combustible usé que sur le site de Fukushima Daiichi, soit environ 7500 tonnes. S’il arrivait un problème à une des piscines (qui ne comportent pas d’enceintes de confinement), une grande partie de l’Europe deviendrait inhabitable.