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RÉSUMÉ
L'opération de conversion est un maillon indispensable de la chaîne de fabrication du combustible utilisé dans les réacteurs nucléaires à eau légère pour la production d’électricité. Cette étape consiste à amener l'uranium à la pureté et à la forme chimique requises pour l'enrichissement, puis la préparation des pastilles de combustible introduites dans le réacteur nucléaire. Le produit final de cette préparation est l'hexafluorure d'uranium UF6 aux spécifications de pureté bien définies. Cette opération comprenant la conversion et la purification de l'uranium en UF6 peut s'effectuer suivant deux voies : soit le raffinage préalable par extraction liquide/liquide suivi de la conversion en UF6 (voie humide), soit la conversion directe en UF6 suivie d'une distillation (voie sèche).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean BERTIN : Directeur recherche et développement de la business unit chimie d'AREVA
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Georges capus : Directeur marketing amont du cycle du combustible nucléaire d'AREVA
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Bertrand MOREL : Chef du service recherche et développement de COMURHEX
INTRODUCTION
La conversion et la purification de l'uranium en UF6 s'effectue industriellement suivant deux voies possibles : soit le raffinage préalable par extraction liquide/liquide suivi de la conversion en UF6 (voie humide), soit la conversion directe en UF6 suivie d'une distillation (voie sèche).
Dans le cadre de la voie humide, l'oxyde d'uranium est dissout par l'acide nitrique, puis le nitrate d'uranyle est extrait sélectivement par un solvant en milieu acide. Après réextraction en phase aqueuse et dénitration, l'oxyde est alors réduit en UO2 , puis hydrofluoré en UF4 et, enfin fluoré en UF6 . Diverses techniques de réacteurs de fluoration ou d'hydrofluoration sont possibles : réacteurs à flamme, lits fluidisés, fours tournants, fours à lit coulant.
Dans le cas de la conversion en voie sèche, l'U3O8 est réduit en UO2, puis transformé ensuite en UF4 puis UF6 dans une succession de lits fluides. Enfin, l'UF6 liquide est distillé sous pression dans deux colonnes en série.
L'obtention d'UF6 est rendue possible par la préparation de fluor moléculaire à partir de l'électrolyse de l'HF.
Il existe actuellement six convertisseurs d'UF6 dans le monde et la capacité industrielle installée est de l'ordre de 73 kt U pour une production de 61 kt U en 2009. Le coût de la conversion est faible (2 % du cycle du combustible), mais c'est une étape indispensable entre deux opérations importantes : l'extraction d'uranium et son enrichissement.
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3. Aspects économiques
3.1 Demande en conversion
La demande en conversion UF6 est dimensionnée par les besoins en matière d'alimentation des usines d'enrichissement isotopique, elles-mêmes pilotées par les besoins des réacteurs en combustible. Dans la mesure où des stocks, tant d'uranium enrichi que d'uranium déjà sous forme UF6 , peuvent être mis à la disposition du marché, la liaison entre consommation liée au fonctionnement des réacteurs électrogènes et demande en production de conversion UF6 n'est pas directe. De plus, le taux de rejet de l'enrichissement (teneur en 235U résiduelle à la sortie de l'usine d'enrichissement), qui découle de l'optimisation économique entre prix de l'uranium et prix de l'unité d'enrichissement, influe notablement sur les besoins en matière d'alimentation UF6 . Les quantités de déstockage et de matière d'alimentation effective des usines d'enrichissement n'étant pas publiquement connues dans leur globalité, la seule mesure accessible est le besoin en UF6 découlant des quantités de combustible nécessaires au fonctionnement des réacteurs.
Selon le rapport WNA 2009, les besoins en UF6 du parc mondial de réacteurs étaient de l'ordre de 63 000 tU sous forme UF6 , dont approximativement 20 000 tU pour l'Amérique du Nord et un peu plus de 20 000 pour l'Union européenne. Le total mondial devrait passer à environ 102 000 tU en UF6 à l'horizon 2030 selon le scénario dit de référence du WNA.
HAUT DE PAGE3.2 Marché de la conversion
Le marché est organisé en deux parties :
-
un marché de gré à gré dans lequel les clients, électriciens très majoritairement et marginalement enrichisseurs et autres acteurs, achètent des services de conversion aux producteurs primaires dans le cadre de contrats pluriannuels ;
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un marché spot, sur lequel d'autres acteurs s'ajoutent aux producteurs et clients finaux, notamment des sociétés de négoce. Il s'agit ici de ventes ou achats ponctuels souvent de petits volumes. Au total ce marché spot représente bon an mal an moins de dix pourcents des livraisons annuelles.
Ces marchés sont alimentés par la production primaire pour l'essentiel (environ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HARRINGTON (C.), RUENHLE (A.) - Uranium production technology. - D. Van Nostrand publications, New York (1959).
-
(2) - KATZ (J.J.), RABINOWITCH (E.) - The chemistry of uranium. - Dover publications, New York (1951).
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(4) - BACHER (V.W.), JACOB (E.) - UF6 Chemie und technologie eines Grunstoffs des nucklearen Brennstoff-Kreislaufes. - Chemiker Zeitung, 106, p. 117-136 (1982).
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-
(6) - WILSON (P.W.) - Reactions and comparative reactivity of UF6 . - Rev. Pure and Applied Chem., 22, p. 1-12 (1972).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Standard Specification for Uranium Hexafluoride for Enrichment, American standard for testing materials - ASTM C787 -
-
Standard Specification for Uranium Hexafluoride Enriched to less than 5%235U. American standard for testing materials - ASTM C996 -
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