Que sont les pièces et assemblages combustible nucléaire ?
Le combustible nucléaire des réacteurs à eau pressurisée REP / EPR français se présente sous forme d'assemblages combustibles, structures parallélépipédiques (Ø 200 mm x H 4,5 m, masse 700 kg) composées de 264 crayons de combustible disposés en réseau carré 17x17 (assemblage AFA 3G ou GAIA pour EPR2). Chaque crayon est un tube métallique en alliage de zirconium (Zircaloy-4 ou M5) de 9,5 mm de diamètre, hauteur 4 m, épaisseur 0,57 mm, contenant un empilement de 360 pastilles cylindriques de dioxyde d'uranium UO2 (Ø 8,2 mm x H 13,5 mm) enrichies de 3,5 % à 5 % en U235. Un coeur de REP 900 MW comprend 157 assemblages, un coeur REP 1 300 MW comprend 193 assemblages, un coeur EPR comprend 241 assemblages. La fabrication suit trois étapes principales : conversion uranium (UF6 vers UO2), pastillage et frittage, montage assemblages avec embouts supérieur et inférieur, grilles de mélange et tubes-guides crayons commande.
En France, Framatome FBFC (Franco-Belge de Fabrication du Combustible) Romans-sur-Isère 26 (Drôme, 700 salariés, CA 250 M€/an) est le seul site français de fabrication d'assemblages combustible REP / EPR. L'usine produit 1 200 tonnes d'uranium enrichi par an sous forme d'assemblages pour alimenter les 56 réacteurs EDF français (besoin 1 100 t U/an) et exporter vers Belgique (Tihange, Doel), Pays-Bas (Borssele), Royaume-Uni (Sizewell B), Suisse (Beznau, Gösgen), Chine (Taishan EPR), Finlande (Olkiluoto 3 EPR). Framatome Jarrie 38 (Isère, 250 salariés) fournit les composants gaines en alliages de zirconium (Zircaloy-4 et M5) à partir de barres laminées par CEZUS (filiale Framatome) Ugine 73 et Rugles 27. Orano Mélox Marcoule 30 (Gard, 1 100 salariés, capacité 120 t HM/an Heavy Metal) est l'unique usine française de fabrication de combustible MOX (Mixed Oxide Fuel, mélange 7 % plutonium + 93 % uranium appauvri recyclés), alimentant 24 réacteurs EDF 900 MW autorisés MOX (programme moxage 1987-2024 + extension 2025-2035).
Spécifications techniques et procédés de production
Principales pièces et assemblages combustible nucléaire fabriqués en France :
Familles de produits et caractéristiques
| Type pièce/assemblage | Spécification technique | Production annuelle France | Fabricant français principal |
|---|---|---|---|
| Pastilles UO2 enrichies REP | UO2 3,5 % à 5 % U235, Ø 8,2 mm H 13,5 mm | 1 200 t U/an pastilles | Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 |
| Pastilles MOX (U + Pu) | 7 % Pu + 93 % U appauvri | 120 t HM/an | Orano Mélox Marcoule 30 |
| Crayons combustibles | 360 pastilles UO2 par crayon Zircaloy | 264 crayons/assemblage x 157-241 assemblages/coeur | Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 |
| Gaines Zircaloy-4 ou M5 | Ø 9,5 mm x ép 0,57 mm x L 4 m | 1 000 km gaines/an | Framatome Jarrie 38, CEZUS Ugine 73 |
| Assemblages combustible 17x17 REP | 264 crayons + 25 tubes-guides + 4 grilles | 150 à 200 assemblages/an EDF | Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 |
| UF6 enrichi (uranium hexafluorure) | Enrichissement 3,5 à 5 % U235 | 12 000 t SWU/an capacité | Orano Tricastin 26 (Georges Besse II) |
Grades et conditionnements commerciaux
- Pastilles UO2 REP Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 : dioxyde d'uranium UO2 fritté densité 10,5 g/cm3, enrichissement 3,5 à 5 % U235, dimensions Ø 8,2 mm x H 13,5 mm, conductivité thermique 8 W/m.K à 300 °C, 360 pastilles/crayon empilées sous ressort Inconel X-750.
- Pastilles MOX Orano Mélox Marcoule 30 : Mixed Oxide Fuel composition 7 % Pu + 93 % U appauvri recyclés (issus retraitement combustible usé La Hague 50), dimensions identiques pastilles UO2, contraintes radiologiques renforcées (boîte à gants masse criticité).
- Gaines Zircaloy-4 Framatome Jarrie 38 / CEZUS Ugine 73 : alliage de zirconium Zircaloy-4 (composition 1,5 % Sn, 0,2 % Fe, 0,1 % Cr, 0,1 % O, balance Zr), faible section de capture neutrons thermiques (0,18 barns), résistance corrosion eau primaire 320 °C.
- Gaines M5 nouvelle génération Framatome Jarrie 38 : alliage de zirconium M5 (composition 1 % Nb, 0,1 % O, balance Zr) développé Framatome années 1990, meilleure résistance corrosion + tenue mécanique vs Zircaloy-4 à hauts taux de combustion 70 GWj/t.
- Assemblage combustible 17x17 AFA 3G Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 : Ø 200 mm x H 4,5 m, masse 700 kg, 264 crayons combustible + 24 tubes-guides barres commande + 1 tube-guide instrumentation + 8 grilles de mélange Inconel 718 + 2 embouts inférieur/supérieur inox 304L.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et réglementaires applicables au combustible nucléaire :
- Code Travail R.4451 et suivants : protection travailleurs contre les rayonnements ionisants, exposition maximale 20 mSv/an personnel catégorie A, 6 mSv/an catégorie B (FBFC + Mélox).
- AIEA TECDOC-1452 et NSS-13 : Nuclear Fuel Cycle and Materials Section + Recommandations de Sécurité Nucléaire Physical Protection, protection physique matières fissiles.
- NF M30-200 : Cycle du combustible nucléaire, normes françaises spécifiques fabrication et caractérisation pastilles UO2 et MOX.
- Arrêté du 31 décembre 1999 modifié INB : Installations Nucléaires de Base, applicable usines FBFC Romans-sur-Isère 26 (INB 98) et Mélox Marcoule 30 (INB 151).
- RCC-C (AFCEN) : Règles de Conception et de Construction du Combustible REP / EPR, équivalent RCC-M pour cuves, complète référentiel combustible.
- Convention de protection physique matières nucléaires AIEA 1980 (amendée 2005) : protection contre vol, sabotage, terrorisme, applicable transport pastilles MOX (convois exceptionnels).
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles de fabrication d'un assemblage combustible nucléaire REP :
Conversion U3O8 minerai vers UF6 gazeux Orano Tricastin 26
Conversion U3O8 (minerai concentré yellow cake) vers UF6 hexafluorure d'uranium gazeux à l'usine Orano Comurhex Tricastin 26 (Drôme), capacité 15 000 t U/an, alimente l'usine d'enrichissement aval Georges Besse II.
Enrichissement UF6 par centrifugation Orano Tricastin 26
Enrichissement UF6 par centrifugation gazeuse à l'usine Orano Georges Besse II GBII Tricastin 26 (Drôme), capacité 12 000 t SWU/an Separative Work Unit, enrichissement standard 3,5 à 5 % U235, technologie remplaçant diffusion gazeuse arrêtée 2012.
Reconversion UF6 enrichi vers UO2 + pastillage Framatome FBFC
Reconversion UF6 enrichi vers poudre UO2 à l'usine Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 (Drôme) par voie sèche IDR Integrated Dry Route, pastillage par compression isostatique à 400 MPa puis frittage à 1 700 °C sous H2 pendant 4 h.
Rectification cylindrique pastilles UO2
Rectification cylindrique des pastilles UO2 par meule diamant pour précision dimensionnelle Ø 8,2 mm +/-10 µm, contrôle qualité pastilles (densité 10,5 g/cm3 +/-0,1, microstructure homogène), tri par caméras vision artificielle.
Chargement crayons combustible Zircaloy
Chargement de 360 pastilles UO2 dans crayon gaine Zircaloy-4 ou M5 (longueur 4 m), introduction ressort Inconel X-750 compensateur dilatation, soudage TIG bouchons supérieur et inférieur sous atmosphère hélium pour étanchéité parfaite.
Montage assemblage 17x17 + contrôles finaux
Montage assemblage 17x17 avec 264 crayons combustible + 25 tubes-guides + 8 grilles de mélange Inconel 718 + embouts supérieur/inférieur, contrôles dimensionnels 3D (verticalité < 2 mm sur 4,5 m), étanchéité crayons par leak test hélium, expédition convoi vers centrale EDF.
Le marché français
Le marché français du combustible nucléaire représente environ 1 Md€ par an en 2025, dominé par Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 (700 salariés, CA 250 M€/an) qui fournit l'intégralité des 56 réacteurs EDF français (besoin 1 100 t U/an, marché 600 M€/an EDF) et exporte vers Belgique, Pays-Bas, UK, Suisse, Chine, Finlande pour 400 M€/an supplémentaires. Au niveau mondial, le marché des assemblages combustibles REP / PWR représente environ 5 Md$ par an, dominé par Framatome (25 % parts marché mondial), Westinghouse Springfields UK (30 % PdM, racheté Brookfield 2018), TVEL Russie (20 % PdM Rosatom), KEPCO Nuclear Fuel Corée du Sud (15 %), Mitsubishi Nuclear Fuel Japon (10 %). Framatome a remporté en 2023 des contrats stratégiques (UK Hinkley Point C 5 Md€ assemblage Sizewell C 4 Md€) consolidant sa position européenne.
Le combustible MOX (Mixed Oxide Fuel) est une spécificité française avec l'usine Orano Mélox Marcoule 30 (Gard, 1 100 salariés, capacité 120 t HM/an Heavy Metal). Le MOX est fabriqué à partir de plutonium 7 % (issu du retraitement du combustible usé à l'usine Orano La Hague 50, Manche) et d'uranium appauvri 93 % (issu de l'enrichissement Orano Tricastin 26), constituant un combustible alternatif à l'uranium enrichi pour 24 réacteurs EDF 900 MW autorisés MOX (programme moxage depuis 1987, étendu 2025-2035). Le MOX permet de recycler le plutonium issu du combustible usé (économie 25 % uranium naturel) et de réduire les déchets HA (haute activité) à stocker à Cigeo Bure 55. La France est leader mondial du retraitement avec La Hague 50 (capacité 1 700 t/an, traite combustibles EDF + Allemagne + Japon + Pays-Bas) et de la fabrication MOX avec Mélox Marcoule 30 (alimente EDF + concurrents internationaux).
Framatome (filiale 75,5 % EDF + 19,5 % Mitsubishi MHI + 5 % Assystem, 18 000 salariés, CA 3,4 Md€/an en 2024) investit 300 M€ entre 2023 et 2030 dans la modernisation de FBFC Romans-sur-Isère 26 (+30 % capacité, recrutement 200 personnes, ligne MOX dédiée projet GAIA pour EPR2). Orano (filiale CEA-Areva, 17 000 salariés, CA 4,8 Md€/an) investit 600 M€ entre 2024 et 2030 dans la prolongation et modernisation de l'usine Mélox Marcoule 30 (extension capacité +20 %, modernisation contrôle commande), 800 M€ dans le projet ORANO Next pour pérenniser le retraitement La Hague 50 horizon 2050, 200 M€ dans Georges Besse III Tricastin 26 horizon 2030 (remplacement GBII actuelle). La filière française cycle combustible emploie environ 12 000 personnes (FBFC 700 + Mélox 1 100 + La Hague 5 000 + Tricastin Comurhex/GBII 3 000 + Framatome Jarrie 38 + CEZUS Ugine 73).
Applications et débouchés industriels
Programmes publics et stratégiques soutenant la filière française combustible nucléaire :
- Programme MOX EDF (1987-2024 + extension 2025-2035) : 24 réacteurs 900 MW autorisés MOX, fabrication Orano Mélox Marcoule 30 (120 t HM/an alimente 30 % besoins EDF).
- Programme EPR2 EDF (52 Md€ 2022-2042) : 6 réacteurs EPR2 = 1 500 assemblages combustible AFA 3G/GAIA à fabriquer Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26.
- Projet Cigeo ANDRA Bure 55 (25 Md€ 2025-2070) : stockage profond géologique HA et MAVL issus du retraitement combustible usé La Hague 50.
- Projet Orano Next (800 M€ 2024-2050) : pérennisation et modernisation usine retraitement La Hague 50 jusqu'à 2050 (cycle fermé combustible nucléaire).
- Programme Georges Besse III Tricastin 26 (200 M€ 2025-2030) : remplacement usine d'enrichissement GBII actuelle, capacité 12 000 t SWU/an, technologie centrifugation nouvelle génération.
Questions fréquentes
Qui fabrique le combustible nucléaire des centrales EDF en France ?
Framatome FBFC (Franco-Belge de Fabrication du Combustible) Romans-sur-Isère 26 Drôme (700 salariés, CA 250 M€/an) est le seul site français de fabrication d'assemblages combustible REP / EPR. L'usine produit 1 200 tonnes d'uranium enrichi par an sous forme d'assemblages 17x17 (264 crayons combustible + 25 tubes-guides + 8 grilles + embouts), alimentant les 56 réacteurs EDF français (besoin 1 100 t U/an, soit environ 1 500 assemblages par an pour rechargement coeur tous les 12-18 mois). FBFC Romans-sur-Isère 26 exporte également vers Belgique (Tihange, Doel), Pays-Bas (Borssele), UK (Sizewell B), Suisse (Beznau, Gösgen), Chine (Taishan EPR), Finlande (Olkiluoto 3 EPR). Framatome détient 25 % de parts de marché mondial des assemblages REP (face à Westinghouse 30 %, TVEL Russie 20 %, KEPCO Corée 15 %, Mitsubishi Japon 10 %). Framatome Jarrie 38 fournit les gaines Zircaloy.
Qu'est-ce que le combustible MOX ?
Le MOX (Mixed Oxide Fuel) est un combustible nucléaire fabriqué à partir d'un mélange de 7 % de plutonium (issu du retraitement du combustible usé à l'usine Orano La Hague 50 Manche) et 93 % d'uranium appauvri (issu de l'enrichissement Orano Tricastin 26 Drôme). L'unique usine française de fabrication MOX est Orano Mélox Marcoule 30 Gard (1 100 salariés, capacité 120 t HM/an Heavy Metal, INB 151), démarrée en 1995 et alimentant 24 réacteurs EDF 900 MW autorisés MOX (programme moxage depuis 1987, étendu 2025-2035). Le MOX permet de recycler le plutonium issu du combustible usé (économie 25 % uranium naturel) et de réduire les déchets HA à stocker à Cigeo Bure 55 (-30 % volume colis HA). Le MOX représente 30 % des besoins combustibles EDF des 900 MW. La France est leader mondial du retraitement avec La Hague 50 et de la fabrication MOX avec Mélox, modèle suivi par Japon (Rokkasho) et envisagé par UK et USA.
Quel est le cycle du combustible nucléaire français ?
Le cycle du combustible nucléaire français est dit fermé (recyclage du combustible usé), composé de 6 étapes industrielles. 1) Mines d'uranium : Orano exploite des mines au Niger (Cominak), Canada (McArthur River avec Cameco), Kazakhstan (Katco). 2) Conversion : Orano Comurhex Tricastin 26 convertit l'U3O8 minerai en UF6 gazeux (capacité 15 000 t U/an). 3) Enrichissement : Orano Georges Besse II Tricastin 26 enrichit l'UF6 par centrifugation gazeuse (capacité 12 000 t SWU/an, enrichissement 3,5 à 5 % U235). 4) Fabrication assemblages : Framatome FBFC Romans-sur-Isère 26 reconvertit l'UF6 en UO2, pastille, et fabrique les assemblages combustible REP/EPR (1 200 t U/an). 5) Utilisation dans les 56 réacteurs EDF (durée 4 ans). 6) Retraitement : Orano La Hague 50 retraite le combustible usé (capacité 1 700 t/an), extrait Pu et U recyclés. Le Pu retourne à Orano Mélox Marcoule 30 pour fabrication MOX (cycle fermé), les déchets HA sont vitrifiés et stockés à Cigeo Bure 55 (horizon 2035).
Quels sont les enjeux Cigeo et le stockage des déchets nucléaires ?
Le projet Cigeo (Centre Industriel de stockage Géologique) géré par l'ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs) est destiné au stockage profond géologique des déchets HA (haute activité, 3 % volume mais 99 % radioactivité) et MAVL (moyenne activité à vie longue) issus du retraitement du combustible usé à La Hague 50 Manche. Le site est implanté à Bure 55 (Meuse-Haute-Marne) dans une couche d'argilite du Callovo-Oxfordien (- 500 m de profondeur, étanchéité géologique 100 000 à 1 million d'années). Le projet représente 25 Md€ d'investissement total, démarrage de la phase pilote horizon 2027 (décret d'autorisation de création DAC déposé 2023), pleine activité industrielle horizon 2035. Capacité totale : 10 000 m3 déchets HA + 70 000 m3 déchets MAVL accumulés depuis 1960 + production future. Le projet nécessite 200 portes blindées + 50 écluses matériels 30 tonnes (Robatel Industries Genas 69). L'ASN a validé l'instruction du DAC en 2024 pour démarrage pilote 2027.