Un combustible plus sécurisé, car faiblement enrichi en uranium, mais capable de maintenir une haute densité. C’est l’innovation annoncée fin avril par Framatome, et qui devrait être adoptée par le réacteur de recherche FRM II de l’université technique de Munich (Allemagne). Utilisés en recherche fondamentale ou appliquée, notamment pour «irradier les matériaux afin de prédire comment ils vont se comporter dans les réacteurs de puissance», les réacteurs de recherche servent également à mettre au point des matières radioactives (radio-isotopes) essentielles au diagnostic et au traitement de maladies, rappelle François Gauché, vice-président de l’activité CERCA de production de combustible et de cibles médicales, implantée sur le site de Framatome de Romans-sur-Isère (Drôme). «Environ 100 000 patients bénéficient de diagnostics ou sont traités chaque jour, en particulier pour des cancers, grâce aux technologies développées au sein des réacteurs de recherche », ajoute l’ingénieur.
Une tendance mondiale à la conversion
Or, si les réacteurs nucléaires qui produisent de l’électricité fonctionnent avec de l’uranium faiblement enrichi (UFE), beaucoup de réacteurs de recherche tournent encore avec du combustible d’uranium hautement enrichi (UHE) – c’est-à-dire contenant plus de 20 % d’uranium 235 fissile – pour générer un flux neutronique dense pour les expériences scientifiques et la production de radio-isotopes médicaux. Une catégorie d’uranium qui peut poser des difficultés en termes de sécurité et de non-prolifération nucléaire. Si, dans les années 1960 et 1970, au moment où les réacteurs de recherche ont été construits, l’utilisation d’UHE était nécessaire pour réaliser des expériences à des fins de recherche scientifique, les innovations technologiques ont permis d’avancer progressivement vers une conversion des réacteurs. Ainsi, sur les 220 réacteurs de recherche en service dans 53 pays, dont 171 ont été construits avec un cœur à l’UHE, 71 ont déjà convertis depuis 1978, détaille l’Agence Internationale à l’Energie Atomique (AIEA) sur son site.
Engagée depuis plusieurs années dans un programme visant à explorer la faisabilité d'exploiter un combustible à base d’uranium faiblement enrichi tout en maintenant un bon rendement du réacteur, l’université technique de Munich (TUM) a retenu en 2019 Framatome pour fabriquer un combustible moins enrichi et plus dense, afin qu’il ne prenne pas plus de place. Sur la base des résultats obtenus, TUM a pu annoncer au premier semestre 2023 la conversion de son réacteur de recherche FRM II.
Vers une prochaine commercialisation
«Ce combustible, qui est le résultat de plus 20 ans de travaux, est le premier au monde de ce type, détaille François Gauché. Pour permettre au réacteur de passer d'un combustible hautement enrichi à un combustible utilisant de l'uranium faiblement enrichi, tout en gardant le même rendement du réacteur, nous avons utilisé des alliages métalliques denses tels qu’un alliage d'uranium et de molybdène (U-Mo).» Cet alliage d'uranium-molybdène est fabriqué à CERCA par fusion des deux métaux dans un creuset, puis modelé en plaques par laminages successifs et revêtu d'un gainage d'aluminium. Selon le communiqué de Framatome, plusieurs feuilles U-Mo de très bonne qualité ont été fabriquées avec succès au cours des dernières semaines en ayant recours à de l’uranium réel. L’irradiation du prototype de plaque de combustible monolithique U-Mo est prévue pour la fin 2023.
Prochaine étape pour Framatome : commercialiser son innovation auprès d’autres réacteurs. «Nous sommes les seuls en Europe à avoir su fabriquer rapidement ce combustible et sommes persuadés que cette technologie rencontrera de l’intérêt au-delà du seul réacteur munichois», affirme François Gauché. Face aux enjeux de non prolifération du nucléaire, les combustibles UFE semblent en tout les cas l'avenir des réacteurs de recherche.
