Combien et quel uranium pour une centrale nucléaire ? Un réacteur de 1 000 MW électriques consomme de l’ordre de 20 à 27 tonnes d’uranium enrichi par an, selon les sources et la façon dont il est exploité. Cet uranium enrichi est fabriqué à partir de bien plus d’uranium naturel, environ 200 tonnes. L’écart entre les deux chiffres vient de l’enrichissement, et il se calcule.
En bref
| Question | Réponse courte |
|---|---|
| Quel uranium | De l’uranium enrichi à 3 à 5 % en uranium 235, sous forme d’oxyde en pastilles |
| L’uranium naturel | 99,3 % d’uranium 238, 0,7 % d’uranium 235, le seul fissile des deux |
| Par réacteur de 1 000 MW | Environ 20 à 27 tonnes d’uranium enrichi par an |
| En uranium naturel | Environ 200 tonnes par an pour ce même réacteur |
| Pour tout le parc français | Environ 8 000 tonnes d’uranium naturel par an, selon le ministère de la Transition écologique |
| Combustible recyclé | Une partie des réacteurs de 900 MW reçoit aussi du MOX, fait de plutonium et d’uranium appauvri |
Quel uranium : naturel, enrichi, appauvri
L’uranium extrait des mines est un mélange de deux isotopes, deux formes du même élément qui ne diffèrent que par leur masse :
- l’uranium 238, environ 99,3 % ;
- l’uranium 235, environ 0,7 %.
Seul l’uranium 235 est fissile : son noyau se casse quand il absorbe un neutron lent, en libérant de l’énergie et deux ou trois neutrons qui entretiennent la réaction en chaîne.
Les réacteurs français sont des réacteurs à eau pressurisée (REP). Avec de l’eau ordinaire pour ralentir les neutrons, la réaction en chaîne ne tient pas avec 0,7 % d’uranium 235. Il faut enrichir l’uranium, c’est-à-dire augmenter sa part d’uranium 235 jusqu’à 3 à 5 %. Ce taux reste très loin des 90 % environ d’un usage militaire : on parle d’uranium faiblement enrichi.
L’enrichissement produit aussi un sous-produit, l’uranium appauvri, qui contient moins d’uranium 235 que l’uranium naturel.
Du minerai au combustible
- Extraction et traitement : le minerai est broyé et traité chimiquement pour obtenir le yellow cake, une pâte jaune contenant environ 75 % d’oxyde d’uranium.
- Conversion en hexafluorure d’uranium (UF6), un composé qui devient gazeux à température modérée.
- Enrichissement par centrifugation : des centrifugeuses tournant très vite séparent les molécules un peu plus lourdes contenant de l’uranium 238. En France, l’usine Georges Besse II, sur le site du Tricastin, a remplacé l’ancienne usine par diffusion gazeuse, arrêtée en 2012.
- Fabrication : l’uranium enrichi est transformé en poudre d’oxyde, pressé et cuit en pastilles d’environ un centimètre, empilées dans des tubes métalliques de près de 4 mètres, les crayons. Les crayons sont réunis en assemblages de quelques centaines d’unités.
Un assemblage reste plusieurs années dans le cœur. À chaque arrêt pour rechargement, l’exploitant remplace une partie des assemblages, souvent un tiers ou un quart du cœur selon le mode de gestion du combustible.
Combien d’uranium enrichi : le calcul
On peut retrouver l’ordre de grandeur avec quatre hypothèses, toutes arrondies :
- un réacteur de 1 000 MW électriques ;
- un rendement d’environ 33 % : il produit donc environ 3 000 MW de chaleur ;
- un facteur de charge de 80 % : il tourne l’équivalent de 80 % de l’année à pleine puissance ;
- un taux de combustion de 45 000 MW·jour par tonne : chaque tonne de combustible fournit cette quantité de chaleur avant d’être retirée.
Chaleur produite en un an : 3 000 MW × 365 jours × 0,8 = 876 000 MW·jour. Uranium enrichi consommé : 876 000 ÷ 45 000 = environ 19,5 tonnes.
Électricité produite : 1 000 MW × 8 760 heures × 0,8 = environ 7 milliards de kWh.
Avec un facteur de charge plus élevé ou un taux de combustion plus faible, on monte vers 25 tonnes. C’est l’écart entre les chiffres que l’on trouve : la filière suisse cite environ 20 tonnes pour une centrale comme Gösgen, la World Nuclear Association environ 27 tonnes pour un REP de 1 000 MW.
Combien d’uranium naturel : le bilan de l’enrichissement
L’enrichissement ne crée pas d’uranium 235 : il le concentre. Pour savoir combien d’uranium naturel il faut, on écrit que tout l’uranium 235 entré se retrouve soit dans l’uranium enrichi, soit dans l’uranium appauvri.
Hypothèses : uranium naturel à 0,711 %, uranium enrichi à 4 %, uranium appauvri à 0,25 %.
Uranium naturel nécessaire par tonne d’uranium enrichi = (4 − 0,25) ÷ (0,711 − 0,25) = 3,75 ÷ 0,461 = environ 8,1 tonnes.
Pour 20 à 25 tonnes d’uranium enrichi, il faut donc environ 160 à 200 tonnes d’uranium naturel par an, et le reste repart en uranium appauvri. Un enrichissement plus poussé, ou un uranium appauvri moins épuisé, change ce rapport.
À l’échelle du parc français
Le ministère de la Transition écologique estime la consommation du parc d’EDF à environ 8 000 tonnes d’uranium naturel par an, soit autour de 13 % de la consommation mondiale. La France n’a plus de mine en activité sur son sol : l’uranium vient de plusieurs pays producteurs, et des stocks présents tout au long du cycle couvrent plusieurs années de fonctionnement.
Le recyclage : le MOX
Le combustible usé contient encore environ 95 % d’uranium et près de 1 % de plutonium. En France, il est retraité à La Hague : le plutonium séparé est mélangé à de l’uranium appauvri pour fabriquer le MOX, utilisé dans une partie des réacteurs de 900 MW autorisés à le recevoir. L’uranium séparé peut lui aussi être réenrichi. Ces recyclages réduisent les besoins en uranium naturel, sans les supprimer.
Pourquoi si peu de matière
La fission d’un noyau d’uranium 235 libère environ 200 millions d’électronvolts, des millions de fois plus qu’une réaction chimique comme la combustion d’un atome de carbone. C’est pourquoi une vingtaine de tonnes de combustible font tourner un réacteur un an, quand une centrale au charbon de même puissance en brûle des millions de tonnes. Pour aller plus loin : comment fonctionne une centrale nucléaire, pourquoi utiliser l’uranium dans les centrales, combien de mégawatts produit une centrale nucléaire et la rubrique Énergies.
