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Fabrication de combustible MOX

Nettoyage des crayons avant insertion des pastilles dans l'usine MELOX

L’usine de recyclage de MELOX, implanté sur le site nucléaire de Marcoule dans le Gard, fabrique des assemblages de combustibles MOX destinés à alimenter les réacteurs à eau légère. Elaboré à partir d'un mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium, le combustible MOX permet de recycler le plutonium issu des combustibles usés récupérés lors des opérations de traitement sur le site de recyclage d'AREVA La Hague.

Une position de leader

MELOX est le leader mondial de la production de combustible MOX, avec plus de 2 500 tonnes de métal lourd (tML) et près de 5 000 assemblages produits.

La fabrication du combustible MOX

schéma fabrication du combustible

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La fabrication du combustible MOX s'apparente à celle des combustibles à oxyde d'uranium. Elle se déroule en 5 phases :

  • Le mélange des poudres : Constitution d’un mélange primaire, à partir de poudres d'oxyde de plutonium, d'oxyde d'uranium appauvri et de "chamotte" obtenue à partir de pastilles de rebut. De l’uranium appauvri est ajouté à ce mélange primaire afin d'obtenir la teneur précise requise par les clients. Ce mélange final est appelé mélange secondaire. La teneur en plutonium de l'assemblage combustible - peut varier de 3 à 12% - en fonction des spécifications du Client.
  • Le frittage : le mélange obtenu est compacté sous forme de pastilles. Celles-ci sont cuites dans un four à haute température pour être converties en céramique.
  • La rectification : les pastilles sont rectifiées entre deux meules afin d'obtenir le diamètre requis, au micron près. Les pastilles non conformes sont renvoyées en amont pour y être recyclées sous forme de chamotte. 
  • Le gainage : les pastilles sont ensuite insérées dans des tubes en alliage de zirconium appelés "crayons". Chaque crayon mesure environ 4 mètres de long et est composé d'environ 320 pastilles en fonction des exigences des clients. Les crayons sont ensuite soigneusement nettoyés, puis contrôlés.
  • L’assemblage : cette dernière étape consiste à insérer les crayons dans une structure métallique pour former un  "assemblage". Cet assemblage constitue le produit fini livré au client. Ces assemblages sont également soumis à des contrôles de fabrication, afin de vérifier leur futur comportement en réacteur.

Près de 130 paramètres qualité sont ainsi contrôlés tout au long du procédé de fabrication.

Un assemblage combustible recyclé permet d'alimenter en électricité une ville de 100  000 habitants pendant un an.

L’utilisation du combustible MOX dans le monde

Fin 2016, 43 réacteurs commerciaux dans le monde avaient été chargés en combustible MOX depuis le début des années 1970 : 38 en Europe (22 en France, 10 en Allemagne, 3 en Suisse, 2 en Belgique et 1 aux Pays-Bas), 4 au japon, 1 aux États-Unis.

Le savoir-faire et la technologie d’AREVA reconnus à l’international

Les États-Unis d’Amérique ont fait appel à la technologie d’AREVA dans le cadre du projet de construction d’une usine de fabrication de combustibles MOX. Ce transfert de technologie signé entre AREVA et le Département américain de l’énergie a pour but de réduire un stock de plutonium d’origine militaire et l’utiliser à des fins civiles par sa mise en œuvre dans du combustible MOX, immobilisant ainsi les matières nucléaires militaires déclarées en excès. Cette usine baptisée MFFF (MOX Fuel Fabrication Facility) est située sur le site de Savannah River en Caroline du Sud. Sa construction a démarré le 1er août 2007 et est aujourd’hui avancée à plus de 70%.

Les industriels japonais en charge du projet J-MOX ont également sollicité la technologie d’AREVA mise en œuvre à Melox en vue de produire du combustible MOX dans une usine en cours de construction sur le site de Rokkasho-mura au Japon. Le 4 mars 2014, AREVA a signé un nouvel accord-cadre pour la poursuite du développement du partenariat franco-japonais. Des contrats ont également été signés portant sur la transmission de retour d’expérience de l’usine en exploitation, ainsi que sur la fourniture de composants pour le procédé J-MOX. En octobre 2016, l’assistance technique d’AREVA s’est poursuivie par la formation sur Melox de 4 ingénieurs de la société JNFL, futurs exploitants de l’usine J-MOX pendant 6 mois.

Au Royaume-Uni, AREVA et Sellafield Ltd ont signé le 21 décembre 2016 un contrat d’assistance, ASSIP (1) pour la période 2017-2021. Cette signature élargit les perspectives au Royaume-Uni. L’expertise reconnue d’AREVA dans la gestion des transitions production/démantèlement est un atout précieux : le Royaume-Uni sollicite AREVA sur cinq ans pour l’accompagner lors de la mise à l’arrêt définitif des usines de Thorp(2) et Magnox(3.).

En collaboration avec la NDA, en charge de la gestion du stock de plutonium, AREVA étudie une solution globale consistant à utiliser ce stock de plutonium dans une nouvelle usine de fabrication de combustibles MOX destinés à alimenter le parc anglais de réacteurs nucléaires.

(1) AREVA Support to Sellafield through Industrial Partnership
(2) Theram Oxyde Reprocessing Plant. Usine de traitement recyclage située sur le site de Sellafield.
(3) Usine de traitement recyclage des combustibles Magnox, située sur le site de Sellafield.

Programme EUROFAB "MOX for peace" : recycler le combustible militaire

Dans les années 1990, les États-Unis et la Fédération de Russie se sont engagés à réduire leur arsenal nucléaire. Les deux États ont décidé d'éliminer chacun 34 tonnes de plutonium issues de ces armes.

En 2003, le groupe AREVA est choisi par les États-Unis pour fabriquer quatre assemblages combustibles MOX à partir de plutonium américain d'origine militaire.

La fabrication de ces assemblages a été réalisée sur deux sites :

  • La fabrication des pastilles et crayons sur l'établissement AREVA NC Cadarache à l'automne 2004.
  • Les opérations d'assemblage du combustible au sein de l'usine MELOX début 2005.

Les quatre assemblages ainsi fabriqués ont été chargés en juin 2005 dans la centrale nucléaire de Catawba, propriété de l'électricien américain Duke Power. Ils permettent d'alimenter en électricité l'équivalent de la consommation d'une ville d'environ 100 000 habitants pendant un an. Le programme américain démontre que le nucléaire civil, utilisant notamment le MOX, contribue à la non-prolifération des armes nucléaires.