4. Assemblage de combustible nucléaire d’un réacteur à eau pressurisée comprenant une barre de contrôle. Les grilles assurent le maintien mécanique des 264 crayons combustibles en place. » > Comurhex sur les sites de Malvési (Aude) puis du Tricastin (Drôme). Une fois l’uranium mis sous forme gazeuse d’hexafluorure, on peut procéder à l’étape de l’enrichissement par ultracentrifugation (h). Ce procédé utilise l’action de la force centrifuge agissant sur un gaz contenu dans un récipient tournant à grande vitesse autour d’un axe (fig. 3). L’intensité de la force centrifuge étant proportionnelle à la masse des corps, les atomes d’uranium 238, légèrement plus lourds, sont projetés vers la périphérie. Le gaz au centre du récipient s’enrichit alors en isotope uranium 235, tandis que le gaz près de la paroi est appauvri. Un prélèvement du gaz au centre du récipient fournit un coefficient d’enrichissement suffisant pour qu’une dizaine de centrifugeuses mises en cascade permettent d’atteindre les 4% souhaités (i). Compte tenu des pertes, il faut typiquement 8 kg d’uranium naturel pour obtenir 1 kg d’uranium enrichi. A10 Reflets de la Physique n°60 Une fois enrichi, le gaz est retransformé en poudre solide d’oxyde d’uranium dans un four rotatif avec de la vapeur d’eau à environ 800 °C (pyrohydrolyse). La poudre est ensuite compactée, concassée puis compressée pour prendre la forme géométrique d’une pastille cylindrique pleine d’environ 1 cm de diamètre pour 1,3 cm de hauteur (fig. 1). Un frittage (j) sous hydrogène à 1 750 °C achève la fabrication en garantissant la porosité nécessaire. Ces pastilles sont ensuite insérées les unes au-dessus des autres dans un long tube, une gaine en alliage de zirconium de 4 mètres de long, scellé à ses extrémités, appelé « crayon combustible », qui contient environ 300 pastilles. Un assemblage comprend 264 crayons combustibles agencés en un carré de 17 par 17 (fig. 4), avec 25 emplacements libres pour guider 24 crayons absorbants assurant le contrôle de la réaction en chaine (et un tube guide pour l’instrumentation). Le cœur d’un réacteur à eau pressurisée (REP) de 1 300 MW est composé de 193 assemblages de ce type, le réacteur pressurisé européen (EPR) en construction à Flamanville de 241 assemblages. Le passage en réacteur Un assemblage séjourne environ quatre années dans le cœur du réacteur, temps pendant lequel les noyaux d’uranium 235 fissionnent sous l’action d’un flux neutronique intense produit par la fission nucléaire. En effet, la fission d’un noyau d’uranium produit en moyenne trois neutrons. Ceux-ci induisent la fission d’autres noyaux, et ainsi la réaction diverge exponentiellement  : c’est une réaction en chaine. La chaleur dégagée par les réactions nucléaires est emportée par un fluide dit « caloporteur », qui circule en circuit fermé  : c’est le circuit primaire, dont le fluide devient radioactif. Pour éviter la contamination, ce liquide passe à travers un échangeur de chaleur, appelé « générateur de vapeur », qui permet de transférer la chaleur à un deuxième liquide  : c’est le circuit secondaire. Selon le même principe que dans une centrale thermique classique, grâce à la différence de température entre le générateur de vapeur et la source froide (l’eau d’une rivière, ou l’air dans les tours de refroidissement), ce liquide entraine une turbine qui produit de l’électricité. Au final, comme pour une centrale thermique, environ un tiers de l’énergie de réaction est réellement convertie en électricité ; les deux tiers restant chauffent l’environnement. Pour la production d’électricité, il faut contrôler la réaction en chaine pour ne pas qu’elle diverge. Pour cela, il faut s’assurer qu’un seul des neutrons produits est en mesure de déclencher une autre fission. Le cœur du réacteur est alors dit « critique », terme à connotation positive indiquant que son régime de fonctionnement est exactement à la limite souhaitée  : ni trop faible, ni trop fort, il peut continuer égal à lui-même tant qu’il subsiste du combustible. Ce contrôle est assuré grâce à un dosage fin d’éléments absorbants neutroniques  : soit du bore dans l’eau du circuit primaire ; soit du cadmium dans les barres de commande ; soit du gadolinium dans le combustible. L’ajustement mécanique des barres de contrôle sert au pilotage du réacteur afin d’atteindre la puissance souhaitée par l’opérateur, tout en s’assurant d’une bonne répartition spatiale de la puissance dans le cœur, et de l’absence d’endroits où la température locale serait trop élevée, entrainant une possible ébullition. Certaines barres restent en position haute, afin que leur chute permette un étouffement de la réaction en chaine en cas d’arrêt d’urgence. Au fur et à mesure du fonctionnement du réacteur, l’uranium 235 fissile disparait progressivement. Dans le même temps, subissant une irradiation neutronique forte et continue, une faible fraction de l’uranium 238, majoritaire, se transforme par capture neutronique en plutonium 239, isotope qui possède une haute valeur énergétique puisqu’il est également fissile. Au déchargement du réacteur, le combustible usé ne contient plus que 0,85% d’uranium 235 alors qu’il comporte désormais plus de 1% d’atomes de plutonium. La concentration importante de matières nucléaires dans le cœur d’un réacteur (plus de 100 tonnes de combustible) requiert une gestion du risque spécifique lors de son opération. En effet, le risque le plus couramment envisagé de la filière nucléaire est celui de l’accident majeur sur un réacteur en fonctionnement (k). L’occurrence d’une éventuelle fusion de cœur, bien que conforme aux estimations faites lors de la conception à 10 -4/an/réacteur, apparait à l’usage comme non négligeable sur les réacteurs de seconde génération  : trois accidents majeurs dans