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Recherche nucléaire

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Au sein de la Direction de l’énergie nucléaire du CEA,
Marcoule est le centre de référence pour les recherches
sur le cycle du combustible nucléaire.
Publié le 22 mai 2017
​​​​Répondre aux enjeux énergétiques de demain

Les équipes du CEA Marcoule imaginent et développent les procédés du cycle du combustible pour l'énergie nucléaire du 21ème siècle. Durabilité des ressources, minimisation des déchets, sûreté et préservation de l'environnement sont au cœur d'une ambition : celle d'un nucléaire durable au service d'un mix énergétique décarbonné.

le combustible nucleaire : une histoire de cycle ...

DL_dirucap20150731_041.jpgLe combustible nucléaire est le « carburant » des centrales nucléaires. Plusieurs opérations sont nécessaires pour le fabriquer, à partir de l’uranium extrait des mines qui doit au préalable avoir été enrichi en uranium-235 fissile.

Après passage en réacteur, le combustible dit "usé" est traité dans les usines AREVA de La Hague afin de pouvoir en récupérer les matières énergétiques valorisables, à savoir l'uranium initialement présent dans le combustible et qui représente encore 95% du combustible usé, et le plutonium qui s'est formé en réacteur et représente environ 1%.

L'uranium et le plutonium sont séparés et purifiés grâce à des procédés chimiques performants et sont ensuite recyclés pour refabriquer du combustible neuf. Les 4% non recyclables constituent les déchets ultimes appelés à être stockés ultérieuremen​t en stockage géologique profond. Les équipes du CEA Marcoule sont chargées de développer les procédés mis en œuvre dans l'ensemble de ces opérations et représentent un savoir-faire et un atout important pour l'industrie électronucléaire française.

L'ICSM, l'Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Créé en 2007, l'ICSM est une unité mixte de recherche entre le ​Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), l'Université de Montpellier et l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM). 8 équipes de recher​che travaillent en étroite collaboration pour développer la recherche en chimie et physico-chimie, nécessaire à l'essor des énergies décarbonées, un nucléaire durable et des énergies alternatives, dans un contexte de raréfation des ressources naturelles. 

Marcoule, de l’amont à l'aval du cycle

L’amont du cycle : du minerai ​à l’uranium enrichi​

Dans le domaine de l'amont du cycle, les équipes de Marcoule conçoivent, développent et optimisent les procédés chimiques permettant de récupérer l'uranium présent à très faible concentration dans les minerais et pour le transformer en combustible nucléaire. L'enjeu est d'imaginer des procédés toujours plus efficaces et respectueux de l'environnement.

L’aval du cycle : la 2ème vie du combustible

La France a, de longue date, fait le choix de recycler les matières énergétiques contenues dans le combustible usé et qui représentent encore près de 96%. Ce choix indispensable pour développer un nucléaire durable est inscrit dans la loi du 28 juin 2006 concernant la gestion durable des matières et déchets radioactifs. Il est également rappelé dans la Programmation Pluriannuelle de l'Energie proposée par le gouvernement en 2016.

Pour permettre ce recyclage, les équipes du CEA Marcoule ont conçu dans les années 70 et 80 les procédés de retraitement mis en œuvre actuellement dans les usines AREVA de La Hague. Il s'agit des procédés de dissolution permettant de dissoudre le combustible nucléaire usé pour accéder à la matière recyclable, des procédés de séparation permettant de récupérer et purifier les matières énergétiques (uranium et plutonium), des procédés de conversion et fabrication permettant de refabriquer des nouveaux combustibles et d'économiser enviropn 15% d'uranium naturel.

Il s'agit là d'un savoir-faire unique au monde qui place Marcoule au cœur des problématiques de l'aval du cycle. A ce titre, les équipes de Marcoule continuent d'apporter un soutien scientifique et technologique permanent aux équipes exploitant l'usine de traitement-recyclage de La Hague. L'objectif est de pouvoir adapter les procédés aux nouveaux combustibles, optimiser les coûts, et de réduire les rejets. Les compétences des scientifiques de Marcoule aident ainsi au développement d'une industrie compétitive et sûre.

Télécharger la plaquette du CEA Marcoule

Les études sur la gestion des déchets radioactifs​

Une fois les matières recyclables séparées, les 4% restant du combustible nucléaire usé constituent les déchets ultimes. Ces déchets sont aujourd'hui intégrés dans une matrice vitreuse. La vitrification des déchets est le résultat d'un procédé industriel unique au monde développé au CEA par les équipes de Marcoule.

La matrice de confinement développée par les experts de Marcoule est un verre nucléaire borosilicaté. Ce matériau possède la capacité à confiner les éléments radioactifs sur des durées de vie de plusieurs centaines de milliers d'années. la compréhension et la modélisation des mécanismes gouvernant l'altération à long-terme de cette matrice vitreuse est également étudiée par les équipes de Marcoule, pour fournir à l'Agence Nationale de Gestion des Déchets Radioactifs (ANDRA), les données fiables pour le bon dimensionnement du stockage géologique profond.

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Cycle du combustible du futur : l'enjeu du multirecyclage

Etudié par les plus grands pays du monde au travers d'un forum international, le nucléaire de 4ème génération devra permettre de proposer un système énergétique compétitif, sûr, fiable et capable de résister à la prolifération et aux agressions externes, à l'horizon 2040-2050. Cela nécessitera de faire évoluer les réacteurs nucléaires, pour aller vers des systèmes capables de mieux consommer l'uranium naturel et de multi-recycler le plutonium : les réacteurs à neutrons rapides (RNR).

Dans ce contexte, les équipes de Marcoule sont en charge de développer les procédés innovants et performants qui permettront de traiter les combustibles provenant de ces réacteurs RNR et de multi-recycler les éléments énergétiques. Ces systèmes de 4ème génération permettront de produire 100 fois plus d'énergie avec la même quantité d'uranium naturel. Par ces travaux sur le cycle, les équipes du CEA Marcoule préparent les systèmes énergétiques de demain qui permettront de produire de grandes quantités d'électricité sans émettre de carbone, avec un impact environnemental très limité.

Un ensemble unique de grandes installations et laboratoires de recherche​

​​​​​​​L'ensemble de ces programmes de recherche est mené dans les grandes installations du centre. La plus connue est l'Installation Nucléaire de Base ATALANTE, plus grand laboratoire de recherche en chimie nucléaire au monde. Elle accueille chaque jour près de 200 chercheurs, techniciens ou thésards qui bénéficient d'une infrastructure nucléaire unique au monde pour mener des recherches amont sur la radiochimie des éléments radioactifs, ou pour développer des procédés de traitement, recyclage ou conditinnement. Le centre de Marcoule accueille également  le laboratoire commun de vitrification CEA-AREVA, véritable plateforme de R&D appliquée pour le confinement des déchets de haute activité et à vie longue, ou encore d'un pôle de R&D en cimentation, et de divers laboratoires de toutes tailles. Avec ces infrastructures, le CEA Marcoule se positionne clairement comme le centre de référence mondial pour l'aval du cycle électronucléaire.

Decouvrez l'installation ATALANTE en visite virtuelle

​Sur 20 000 m2 de laboratoires, ATALANTE permet de réaliser des travaux qui vont de la recherche fondamentale sur les éléments radioactifs jusqu’à des expériences de qualification de procédés industriels sur quelques kilogrammes de combustible nucléaire usé.​ Cette installation nucléaire de base (INB) vous ouvre virtuellement ses portes.​
AnimationVisite virtuelle - Le laboratoire AtalanteAfficher en plein écran
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