Le nucléaire génère-t-il trop de déchets pour être durable ? Le MOX, combustible issu du recyclage partiel des matières usées, incarne une réponse innovante. Ce mélange d’oxydes de plutonium et d’uranium, utilisé dans 22 réacteurs français, permet d’économiser 900 tonnes d’uranium neuf tout en valorisant le plutonium, matière la plus radiotoxique à long terme. Un assemblage MOX alimente une ville de 100 000 habitants pendant un an, contribuant à 10 % de l’électricité nucléaire. Grâce à Orano MELOX, 96 % des combustibles usés sont recyclables, anticipant MOX 2 et RNR pour tripler la part.
Le combustible MOX incarne une solution innovante pour réutiliser des matières nucléaires issues du retraitement. En France, cette approche s’inscrit dans une stratégie de gestion responsable des ressources et des déchets.
Qu’est-ce que le combustible MOX ?
Le terme MOX désigne un mélange d’oxydes utilisés dans le cycle du combustible nucléaire. Ce matériau combine deux composants clés : l’oxyde de plutonium (PuO₂) et l’oxyde d’uranium (UO₂). Le plutonium provient du retraitement des combustibles usés, tandis que l’uranium employé est de l’uranium appauvri, un sous-produit de l’enrichissement de l’uranium naturel.
En intégrant ces éléments recyclés, le MOX transforme des matières potentiellement stockées en ressource énergétique.
Définition et composition d’un combustible nucléaire recyclé
Le plutonium contenu dans le MOX provient des combustibles UOX après leur utilisation en réacteur. Un combustible usé contient environ 1 % de plutonium, extrait dans l’usine Orano de La Hague. L’uranium appauvri utilisé provient soit de l’enrichissement, soit du retraitement des combustibles. Grâce à ce processus, 96 % des combustibles nucléaires usés sont recyclables en France.
La différence avec le combustible UOX traditionnel
Le combustible UOX, standard des réacteurs à eau pressurisée, est fabriqué à partir d’uranium enrichi. Le MOX utilise du plutonium recyclé et de l’uranium appauvri. Cette distinction marque une rupture stratégique : le MOX réutilise des matières irradiées.
| Paramètre | UOX | MOX |
|---|---|---|
| Origine de l’uranium | Uranium naturel enrichi | Uranium appauvri ou issu du retraitement |
| Présence de plutonium | 0,4 tonne par réacteur | Jusqu’à 2 tonnes par réacteur |
| Recyclage | Pas recyclé | Utilise du plutonium recyclé |
Le MOX réduit les déchets hautement radioactifs en valorisant le plutonium. En France, 22 réacteurs 900 MWe l’utilisent, produisant 10 % de l’électricité nucléaire nationale. Depuis 1987, son adoption a permis d’économiser 18 000 tonnes d’uranium naturel.
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Le processus de fabrication du MOX, une expertise française
Le MOX (Mélange d’Oxydes) incarne une solution innovante pour recycler les matières nucléaires issues des combustibles usés. En France, ce processus repose sur un savoir-faire industriel unique, orchestré par Orano à travers deux sites clés : La Hague pour le retraitement et MELOX pour la fabrication. Ces étapes transforment des déchets en ressources, réduisant la quantité de matière radioactive tout en optimisant l’énergie produite.
L’étape du retraitement à l’usine de La Hague
Le cycle commence par l’entreposage des combustibles usés en piscine pendant cinq ans, permettant de réduire leur température et leur radioactivité. Ces assemblages, composés d’uranium appauvri et de plutonium, sont ensuite cisaillés en tronçons avant d’être immergés dans de l’acide nitrique. Ce procédé dissout les matières valorisables, séparées des gaines métalliques non dissoutes.
- Cisaillage : Découpage des assemblages en petits fragments.
- Dissolution : Immersion dans l’acide nitrique pour extraire les éléments recyclables.
- Séparation chimique (PUREX) : Extraction de 95 % d’uranium et 1 % de plutonium, soit 96 % du combustible initial récupérable.
Les 4 % restants, constitués de produits de fission, sont vitrifiés pour un stockage sécurisé. Ce processus, hébergé à l’usine d’Orano La Hague, est un pilier du recyclage, traitant plus de 1 000 tonnes de combustible par an.
La fabrication des assemblages à l’usine Orano MELOX
Le plutonium récupéré (sous forme d’oxyde) est acheminé vers l’usine MELOX à Marcoule. Ici, il est mélangé à de l’oxyde d’uranium appauvri, pressé en pastilles, puis inséré dans des gaines métalliques. Ces « crayons » sont assemblés pour former des éléments combustibles prêts à être insérés dans les réacteurs.
Depuis 1987, MELOX a produit plus de 3 100 tonnes de combustible MOX, alimentant 22 réacteurs français et des clients internationaux. Ce processus contribue à économiser 900 tonnes d’uranium naturel par an, soit l’équivalent de deux ans de consommation du parc nucléaire français.
L’usine MELOX illustre une expertise industrielle mondiale, combinant précision technique et sécurité extrême. Chaque assemblage MOX génère suffisamment d’énergie pour alimenter une ville de 100 000 habitants pendant un an, selon les données du cycle du combustible nucléaire.
Les apports concrets du MOX au système énergétique français
Une contribution établie à la production d’électricité
Pourquoi le MOX occupe-t-il une place stratégique dans le parc nucléaire français ? Le combustible, composé d’oxydes d’uranium et de plutonium recyclés, alimente aujourd’hui 22 réacteurs de 900 MWe. Cette capacité s’étendra à 24 unités après validation des derniers tests techniques. Actuellement, il représente environ 10 % de l’électricité nucléaire du pays. Un assemblage MOX génère suffisamment d’énergie pour alimenter une ville de 100 000 habitants pendant un an. Les réacteurs de 900 MWe, majoritaires dans le parc (32 unités), sont adaptés à ce combustible grâce à des ajustements techniques validés par EDF, notamment une gestion optimisée du facteur de réactivité lié au plutonium.
L’économie de ressources en uranium naturel
Quel est l’impact du MOX sur la consommation d’uranium ? Depuis 1987, son utilisation a permis d’économiser 18 000 tonnes d’uranium naturel, soit plus de deux années d’approvisionnement pour le parc français. À l’échelle annuelle, cette économie atteint 900 tonnes. Le recyclage réduit la dépendance aux importations. Le plutonium provient des usines de La Hague, tandis que l’uranium est fourni par l’Allemagne. Ce processus limite l’extraction minière et valorise 96 % des combustibles usés via la méthode PUREX, qui sépare les matières recyclables des déchets ultimes.
| Indicateur | Valeur |
|---|---|
| Part de l’électricité nucléaire issue du MOX | ~ 10 % |
| Réacteurs autorisés à utiliser le MOX | 22 (sur 56) |
| Économie annuelle d’uranium naturel | ~ 900 tonnes |
| Économie totale d’uranium naturel (depuis 1987) | ~ 18 000 tonnes |
| Plutonium recyclé (depuis 1987) | ~ 80 tonnes |
Ce tableau synthétise les bénéfices du recyclage. À l’horizon 2025, l’optimisation du processus pourrait porter à 25 % la part d’électricité issue de matières recyclées. Le futur MOX 2, conçu pour le multi-recyclage, ouvrira la voie à 30 % de production recyclée, notamment dans les réacteurs à neutrons rapides. Ces évolutions s’alignent sur la stratégie française de réduction des déchets et d’optimisation du cycle du combustible, garantissant la pérennité du parc nucléaire tout en limitant l’impact environnemental.
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Limites du recyclage partiel et perspectives d’avenir
Pourquoi le recyclage est qualifié de « partiel » ?
Le MOX peut être recyclé une seule fois dans les réacteurs actuels. Après irradiation, le combustible usé conserve des matières fissiles, mais accumule des actinides mineurs (comme l’américium-241) et des produits de fission. Ces éléments rendent le retraitement trop complexe avec les technologies actuelles, car l’américium-241, fortement irradiant, et le curium-244, neutrophage, perturbent les réactions nucléaires. En France, le combustible MOX usé est stocké temporairement, en attente de solutions futures. Ce blocage justifie l’appellation recyclage « partiel » et montre l’impossibilité d’une fermeture complète du cycle. Près de 3 000 assemblages MOX ont été utilisés depuis 1987, recyclant 80 tonnes de plutonium, mais leur usure actuelle souligne les limites du système.
La gestion du combustible MOX usé et des déchets ultimes
Le combustible MOX usé et les résidus du retraitement à La Hague génèrent des déchets HAVL. Ils incluent :
- Produits de fission stables ou à demi-vie courte : comme le césium-137 (période : 30 ans) ou le strontium-90 (29 ans).
- Actinides mineurs : neptunium-237 (2,1 millions d’années), américium-241 (432 ans), curium-244 (18 ans), dont la radiotoxicité persiste sur des échelles de temps géologiques.
- Combustible MOX usé : 5 à 9 fois plus radiotoxique que l’UOX usé, il est stocké sous eau pendant des décennies pour atténuer sa puissance résiduelle avant tout projet de stockage.
Ces déchets nécessitent un stockage géologique profond pour un confinement millénaire. Le projet Cigéo, conçu pour stocker 25 000 tonnes de déchets, incarne cette solution. Plus d’informations sur le classement des déchets radioactifs et le projet Cigéo.
Vers le multi-recyclage : le futur avec le MOX 2 et les RNR
Des recherches explorent des alternatives. Le MOX 2, en développement, permettrait un second recyclage via un mélange de barres MOX fraîches et d’uranium enrichi (ENU), optimisant le cycle du plutonium. Cette approche est étudiée pour des petits réacteurs modulaires (SMR) à l’étranger. Les réacteurs à neutrons rapides (RNR) de 4e génération offrent une autre voie. Ces réacteurs transmutent les actinides en isotopes à demi-vie courte, réduisant la radiotoxicité. Pour un recyclage complet, des dizaines de cycles seraient nécessaires, mais chaque étape permettrait de détruire jusqu’à 10 % des actinides. Plus d’informations sur les réacteurs à neutrons rapides. Ces avancées pourraient porter à 30 % la part d’électricité issue de matières recyclées, tout en limitant les déchets à vie longue.
Le combustible MOX, stratégie clé de recyclage partiel, permet à la France d’économiser 18 000 tonnes d’uranium depuis 1987 et de produire 10 % de son électricité nucléaire. Malgré les défis liés aux déchets, des innovations comme le MOX 2 et les réacteurs à neutrons rapides visent une fermeture renforcée du cycle, renforçant la durabilité du nucléaire.