Que sont les équipements de retraitement combustible usé la hague ?
Le retraitement du combustible nucléaire usé selon le procédé PUREX (Plutonium Uranium Refining by Extraction, développé conjointement CEA Marcoule 30 et industriels français entre 1955 et 1970) permet de récupérer 96 % de la matière des assemblages combustibles usés sous forme d'uranium de retraitement URT (94 %) et de plutonium séparé (1 %), tout en isolant les 4 % de produits de fission qui constituent les déchets HA Haute Activité. Le combustible UO2 usé contient typiquement 94 % U-238, 1 % U-235 résiduel, 1 % Pu (mélange isotopique Pu-239/240/241/242), 4 % produits de fission (Cs, Sr, Nd, Mo, Tc, Ru, actinides mineurs Np, Am, Cm). La matière séparée est valorisée : Pu réutilisé en combustible MOX (Mixed OXide) à l'usine Orano MELOX Marcoule 30 (capacité 195 t MOX/an), URT en partie ré-enrichi en Russie ou stocké en attente de réutilisation, déchets HA vitrifiés en CSD-V puis entreposés à La Hague en attente du futur Cigeo Bure 55.
Orano La Hague 50 (Beaumont-Hague, Manche, 100 hectares, 3 200 salariés, 6 000 emplois induits région Cotentin, CA 2 Md€/an) est la plus grande usine au monde de retraitement, dépassant Sellafield Royaume-Uni (arrêté 2022) et Rokkasho-mura Japon (en cours de mise en service depuis 2008 toujours retardé). Le site comprend trois usines historiques : UP2-400 (1966-2003, capacité 400 t/an, démantelée), UP2-800 (1994, capacité 800 t/an), UP3 (1989, capacité 800 t/an pour clients étrangers), pour un total combiné de 1 700 t/an. Les équipements lourds sont conçus et fabriqués par Orano DS Démantèlement et Services (Bagnols-sur-Cèze 30 Gard, 1 200 salariés), avec contribution R&D du CEA Marcoule 30 (laboratoire haute activité ATALANTE). Les sous-traitants industriels français incluent Industeel ArcelorMittal Le Creusot 71 pour aciers spéciaux, Aubert et Duval Pamiers 09 pour forgés, Pinette Pei pour presses, Manoir Industries Pîtres 27 pour pièces de forge nucléaire.
Spécifications techniques et procédés de production
Principaux équipements industriels du retraitement combustible usé La Hague :
Familles de produits et caractéristiques
| Équipement | Fonction industrielle | Capacité ou caractéristique | Site et fabricant |
|---|---|---|---|
| Cisaille de tronçonnage | Découpe assemblage en tronçons 35 mm | 5 t/jour assemblage | Atelier T1 La Hague, Orano DS |
| Dissolveur HNO3 | Dissolution oxyde dans acide nitrique | 200 t UO2/an par dissolveur | Atelier T2 La Hague, inox spécial |
| Extracteur liquide-liquide | Séparation U + Pu PUREX TBP/n-dodécane | Cycle 1, 2, 3 cycles purification | Atelier T3 La Hague, mélangeurs-décanteurs |
| Four de calcination | Conversion solutions PF en oxydes | Four rotatif 600 °C, 20 kg/h | Atelier R7 et T7 vitrification |
| Creuset froid à induction | Vitrification verre borosilicaté 1 150 °C | 200 conteneurs CSD-V/an | Ateliers AVH R7 et T7, brevet CEA |
| Presse compaction ACC | Compactage coques zircaloy en galettes | 2 500 t force, réduction × 5 volume | Atelier ACC La Hague, Pinette Pei |
Grades et conditionnements commerciaux
- Cisaille de tronçonnage hydraulique (atelier T1 La Hague) : presse hydraulique 200 t qui découpe les assemblages REP en tronçons de 35 mm sous eau (piscine de tronçonnage), capacité 5 tonnes/jour d'assemblage usé, lames acier traité à très haute dureté HRC 60+, blindage radiologique acier-plomb 50 cm.
- Dissolveur nitrique continu (atelier T2 La Hague) : réacteur cylindrique acier inox spécial Uranus B66 résistant à l'acide nitrique 8N à ébullition (110 °C), capacité unitaire 200 t UO2/an, dissolution des oxydes UO2 et PuO2 en nitrate d'uranyle UO2(NO3)2 et nitrate de plutonyle Pu(NO3)4.
- Extracteurs liquide-liquide PUREX (atelier T3 La Hague) : batteries de mélangeurs-décanteurs ou colonnes pulsées qui réalisent l'extraction sélective de U et Pu par TBP (Tri-n-Butyl Phosphate) 30 % dans n-dodécane, séparation U/Pu par réduction Pu(IV) → Pu(III), 3 cycles successifs pour pureté U et Pu > 99,9 %.
- Four de calcination rotatif (atelier R7 et T7 vitrification) : four rotatif acier inox réfractaire chauffé à 600 °C qui transforme les solutions de produits de fission concentrées en calcinats secs (oxydes), capacité 20 kg/h de calcinat, atmosphère contrôlée air sec.
- Creuset froid à induction (brevet CEA Marcoule 30, déployé La Hague 50 depuis 2010) : creuset cylindrique parois acier inox refroidies à eau (le verre solide forme sa propre paroi par convection), chauffage par bobine à induction haute fréquence, fusion à 1 150 °C du mélange calcinat + fritte de verre borosilicaté, coulée par gravité dans conteneur CSD-V inox 316L.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs applicables aux équipements de retraitement nucléaire :
- Arrêté INB du 7 février 2012 : règles générales applicables aux Installations Nucléaires de Base, encadre la conception et l'exploitation des usines de retraitement type La Hague.
- RCC-M édition 2022 (AFCEN) : Règles de Conception et de Construction des matériels Mécaniques des îlots nucléaires (cuves, tuyauteries, échangeurs, supports) applicable équipements lourds La Hague.
- RCC-E édition 2022 (AFCEN) : Règles de Conception et de Construction des matériels Électriques applicable instrumentation et contrôle commande retraitement.
- AIEA SSR-4 : Safety of Nuclear Fuel Cycle Facilities, exigences internationales applicables aux installations du cycle combustible nucléaire (enrichissement, fabrication, retraitement).
- AIEA SSG-7 : Application of the Concepts of Exclusion, Exemption and Clearance, gestion des effluents et déchets issus du retraitement.
- Code de l'Environnement Livre V Titre IX : régime juridique des installations nucléaires de base secrètes (INBS) et des installations nucléaires de base (INB), applicable La Hague INB n°33, 38, 47.
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles du retraitement combustible usé selon procédé PUREX à La Hague :
Réception et entreposage piscine NPH
Réception des combustibles UO2 et MOX usés EDF en piscine NPH (Nouveau Parc d'entreposage Haché) à -7 mètres sous eau borée pour refroidissement décroissance 3 à 8 ans (puissance résiduelle 5 kW/t à 1 an, 1 kW/t à 5 ans, 0,5 kW/t à 10 ans).
Tronçonnage assemblages atelier T1
Tronçonnage des assemblages en tronçons de 35 mm par cisaille hydraulique 200 t sous eau, séparation des coques zircaloy (déchet MAVL) et du combustible UO2 ou MOX qui tombe dans le dissolveur.
Dissolution nitrique atelier T2
Dissolution du combustible dans l'acide nitrique HNO3 8N à ébullition (110 °C) en dissolveur continu inox Uranus B66, formation des nitrates d'uranyle UO2(NO3)2 et de plutonyle Pu(NO3)4 en solution, dégagement de gaz iode 129 et 131 piégés par filtration.
Extraction liquide-liquide PUREX atelier T3
Extraction sélective de l'uranium et du plutonium par TBP (Tri-n-Butyl Phosphate) 30 % dans n-dodécane en mélangeurs-décanteurs (3 cycles successifs), séparation U/Pu par réduction électrolytique du Pu(IV) en Pu(III), purification finale par échange d'ions.
Conversion U + Pu en oxydes
Conversion du nitrate d'uranyle UO2(NO3)2 en UO3 par dénitration thermique en réacteur tournant ROCAGRAN, conversion du nitrate de plutonyle Pu(NO3)4 en PuO2 par précipitation oxalique, frittage du PuO2 pour usage MELOX MOX Marcoule 30.
Vitrification déchets HA ateliers R7 et T7
Vitrification des solutions de produits de fission concentrées : calcination 600 °C en four rotatif, fusion à 1 150 °C en creuset froid à induction avec fritte de verre borosilicaté, coulée gravitaire dans conteneurs CSD-V inox 316L (180 L, 400 kg, débit 200 conteneurs/an).
Le marché français
Le marché mondial du retraitement combustible nucléaire est très concentré : Orano La Hague 50 détient environ 80 % de parts de marché mondial (1 700 t/an retraitées soit la quasi totalité du marché commercial), suivi par Rosatom Mayak Russie (400 t/an mais usine vieillissante), et Rokkasho-mura Japon (capacité prévue 800 t/an mais usine non encore opérationnelle après 18 ans de retards). Le Royaume-Uni a arrêté Sellafield THORP en 2018 et Magnox en 2022, l'Allemagne n'a jamais déployé de retraitement, les États-Unis ont abandonné le retraitement commercial dans les années 1970 (politique anti-prolifération Carter). La France est donc seule en Europe occidentale à maîtriser le cycle fermé complet du combustible nucléaire (enrichissement Orano Tricastin 26, fabrication FBFC Romans 26 puis MELOX Marcoule 30, retraitement La Hague 50, recyclage MOX).
Orano La Hague 50 a retraité environ 35 000 tonnes de combustibles usés depuis le démarrage de UP2-400 en 1966, dont 24 000 tonnes pour EDF (la totalité du combustible UO2 français usé est expédié à La Hague pour retraitement) et 11 000 tonnes pour clients étrangers historiques : Japon (TEPCO, Kansai Electric, Chubu Electric, Kyushu Electric depuis 1977 totalisant 2 940 t), Allemagne (RWE, EnBW, E.ON jusqu'à l'arrêt allemand 2011 totalisant 5 300 t), Pays-Bas (EPZ Borssele), Belgique (Electrabel Doel et Tihange), Suisse (BKW Mühleberg, Axpo Beznau). Les verres HA et coques compactées MAVL des clients étrangers sont retournés dans les pays d'origine selon principe pollueur-payeur (CASTOR Allemagne, transports maritimes via Cherbourg 50 vers Japon).
Orano (CA groupe 4,7 Md€ en 2024, 17 000 salariés monde, État français 90 %) investit 1 Md€ entre 2023 et 2030 dans la modernisation de La Hague : nouveau parc d'entreposage NPH (capacité accrue piscines), atelier TCP Traitement Conditionnement Produits, modernisation des cisailles et dissolveurs, renouvellement du contrôle commande Schneider Electric Rueil-Malmaison 92. Le programme EDF Multi-recyclage en REP 2 (MRREP2 lancé 2024) prévoit le recyclage de l'uranium URT en URE (Uranium Recyclé Enrichi) chez Rosatom Russie en attente de capacité d'enrichissement française, et le multi-recyclage du Pu en MOX puis en MOX2 dans les futurs EPR2. Le démantèlement de UP2-400 (arrêtée 2003) génère un chantier de 1 Md€ sur 30 ans pour Orano DS.
Applications et débouchés industriels
Programmes publics et industriels du retraitement combustible français :
- Programme EDF cycle fermé : la totalité du combustible UO2 usé des 54 réacteurs français (1 200 t/an) est retraitée à La Hague, alimentant ensuite MELOX MOX Marcoule 30 utilisé par 24 réacteurs EDF moxés (Saint-Laurent B1/B2, Gravelines, Blayais, Dampierre, Tricastin).
- Programme MRREP2 EDF (Multi-Recyclage en REP 2 lancé 2024) : recyclage de l'uranium URT en URE puis usage en réacteur, multi-recyclage du Pu en MOX2 pour futurs EPR2.
- Programme Orano modernisation La Hague (1 Md€ 2023-2030) : nouveau parc d'entreposage NPH, atelier TCP, modernisation cisailles et dissolveurs, contrôle commande.
- Programme démantèlement UP2-400 (1 Md€ 2003-2035) : démantèlement de l'usine arrêtée en 2003, projet pilote pour Sellafield Royaume-Uni et autres sites mondiaux.
- Programme R&D ASTRID (CEA + Orano, surgénérateur Na suspendu 2019 mais R&D poursuivie) : recyclage des actinides mineurs Np, Am, Cm pour réduire radio-toxicité déchets HA × 100.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que le retraitement du combustible nucléaire ?
Le retraitement du combustible nucléaire usé est un procédé industriel qui sépare les matières recyclables (uranium et plutonium, 96 % de la masse du combustible usé) des produits de fission qui constituent les déchets HA Haute Activité (4 % de la masse). Le procédé français PUREX (Plutonium Uranium Refining by Extraction, développé par le CEA Marcoule 30 dans les années 1960) repose sur l'extraction liquide-liquide sélective par TBP (Tri-n-Butyl Phosphate) en milieu nitrique. L'uranium séparé peut être ré-enrichi et réutilisé en combustible UO2, le plutonium est réutilisé en combustible MOX (Mixed OXide) à l'usine MELOX Marcoule 30 (24 réacteurs EDF moxés). Les produits de fission sont vitrifiés en conteneurs CSD-V. Orano La Hague 50 est la plus grande usine de retraitement au monde (1 700 t/an UO2, 35 000 t cumulées depuis 1966).
Quelle est la capacité d'Orano La Hague 50 ?
Orano La Hague 50 (Beaumont-Hague, Manche, 100 hectares, 3 200 salariés directs, 6 000 emplois induits dans le Cotentin, CA 2 Md€/an) a une capacité industrielle de retraitement de 1 700 tonnes de combustible UO2 usé par an, répartie sur deux usines : UP2-800 (capacité 800 t/an, depuis 1994, pour EDF) et UP3 (capacité 800 t/an, depuis 1989, historiquement pour clients étrangers Japon, Allemagne, Pays-Bas, Belgique, Suisse). L'usine UP2-400 (capacité 400 t/an, démarrée 1966, arrêtée 2003) est en démantèlement. Au total, La Hague a retraité environ 35 000 tonnes de combustibles usés depuis 1966, dont 24 000 t pour EDF et 11 000 t pour clients étrangers, soit 80 % du retraitement mondial commercial. Capacité unique mondiale, dépassant Rokkasho-mura Japon non opérationnel.
Qu'est-ce que le procédé PUREX ?
Le procédé PUREX (Plutonium Uranium Refining by Extraction) est le procédé chimique de référence mondiale pour le retraitement du combustible nucléaire usé, développé conjointement par le CEA Marcoule 30 et industriels français entre 1955 et 1970, déployé à La Hague 50 depuis 1966. Principe : dissolution du combustible usé dans l'acide nitrique HNO3 8N à 110 °C, puis extraction sélective de l'uranium U(VI) et du plutonium Pu(IV) sous forme de complexes avec le TBP (Tri-n-Butyl Phosphate 30 % dans n-dodécane) en mélangeurs-décanteurs ou colonnes pulsées, séparation U/Pu par réduction électrolytique du Pu(IV) en Pu(III) non extractible, 3 cycles successifs de purification pour atteindre pureté U et Pu > 99,9 %. Les produits de fission restent dans la phase aqueuse acide, ensuite vitrifiés. PUREX est utilisé par Orano La Hague, Rosatom Mayak Russie, Rokkasho Japon.
Qui fabrique les équipements de retraitement en France ?
Orano DS (Démantèlement et Services, siège Bagnols-sur-Cèze 30 Gard, 1 200 salariés, CA 400 M€/an) est le concepteur et maître d'œuvre des équipements lourds de retraitement pour Orano La Hague 50 et Orano Marcoule 30. Il conçoit les cisailles de tronçonnage, les dissolveurs nitriques, les extracteurs liquide-liquide, les fours de calcination, les creusets froids de vitrification. Le CEA Marcoule 30 (laboratoire ATALANTE haute activité) assure la R&D et les essais en actif. Les sous-traitants industriels français spécialisés incluent Industeel ArcelorMittal Le Creusot 71 (aciers spéciaux Uranus B66 résistant à l'acide nitrique chaud), Aubert et Duval Pamiers 09 (pièces forgées), Pinette Pei (presses compaction ACC 2 500 t), Manoir Industries Pîtres 27 (forge nucléaire), Schneider Electric Rueil-Malmaison 92 (contrôle commande).