Lingen : un site dédié à l'assemblage de combustible

Le site de Lingen fabrique des assemblages de combustible pour les réacteurs à eau pressurisée (REP) et les réacteurs à eau bouillante (REB). Outre la production de combustible, Lingen fournit de la poudre de dioxyde d’uranium appauvri (UO2) et des crayons de gadolinium (Gd) pour toutes les activités de Framatome.

Cette usine est la seule  de Framatome en Europe à disposer des équipements et des homologations permettant de recevoir et d’expédier l’ensemble des assemblages intermédiaires de combustible nucléaire (poudre d’UO2, pastilles d’uranium naturel enrichi et d’uranium ré-enrichi, crayons de combustible).

Le site de Lingen est spécialisé dans les technologies, les équipements et les processus-clés de la fabrication de combustible nucléaire, notamment le procédé de soudage USW (Upset Shape Welding, procédé par lequel l’échauffement provient de la résistance des pièces à souder à un courant électrique) pour les crayons de combustible, le système automatisé d’inspection des pastilles APIS (Automatic Pellet Inspection System, un système automatique d'inspection des pastilles de combustibles nucléaires) et la technologie de fours de frittage BTU.

Le site fournit les processus USW et APIS aux autres usines de fabrication de combustible Framatome ainsi qu’aux exploitants. Il possède également la capacité de répondre aux commandes spécifiques telles que le désassemblage des éléments de combustible neuf pour la récupération d’uranium ou pour leur réassemblage et leur utilisation dans une autre centrale nucléaire.

Le site de Lingen, qui bénéficie d’une homologation illimitée, est spécialisé dans la fabrication de composants et d’assemblages de combustible (conversion, production de pastilles et de crayons de combustible, assemblage de combustible).

Les principales étapes du processus de fabrication

1. La conversion

La matière première (hexafluorure d’uranium enrichi, UF6) provenant d’une usine d’enrichissement est livrée sous forme solide dans des cylindres d’acier.

Préalablement à toute autre étape, l’UF6 est converti en poudre de dioxyde d’uranium (UO2) par un procédé par voie sèche conçu et breveté par AREVA.

Cette technologie, qui ne produit pas de déchet ni d’émission contenant de l’uranium, est donc respectueuse de l’environnement. Les cylindres sont chauffés afin de sublimer l’UF6 avant de le faire réagir avec la vapeur d’eau et l’hydrogène pour former de la poudre d’UO2. Sous-produit de cette transformation, le fluorure d’hydrogène gazeux est évacué et refroidi avec la vapeur d’eau en excès.

L’hydrogène et la vapeur d’eau se condensent pour former de l’acide fluorhydrique à 40 %, ensuite commercialisée sous forme réutilisable pour des applications industrielles.

2. La production de pastilles

L’étape de production de pastilles passe par la transformation de poudre d’UO2 en pastilles d’uranium (processus de pastillage). La poudre est broyée, compactée et granulée de manière à obtenir les caractéristiques de fluidité recherchées.

Dans le même temps, des lubrifiants et des agents porogènes permettent le pressage des pastilles. Cette poudre d’UO2 prétraitée est pastillée dans des presses rotatives sous forme de « greenlings » qui sont ensuite frittés dans un four pendant deux à trois heures à 1780°C de manière à accroître leur densité et leur solidité.

Les pastilles sont alors soumises à un processus de broyage haute précision pour atteindre le diamètre souhaité. En fin de processus, un système entièrement automatique de mesures optiques par laser contrôle les dimensions de toutes les pastilles.

3. La production de crayons de combustible

À l’étape suivante, les pastilles sont empilées dans des barres de combustible et insérées dans des tubes de gainage en alliage de zirconium. Ces derniers sont soudés sur leur extrémité au moyen d’une technologie de vibration ou d’une unité enfichable contrôlée par sertissage.

Le tube de gainage est ensuite doté d’un ressort de compression, mis sous vide dans une chambre de soudure, rempli d’hélium et soudé sous pression. Le crayon de combustible est soudé aux deux extrémités, ce qui est une garantie contre toute fuite de matière radioactive lors de la phase ultérieure d’irradiation du réacteur.

Une fois achevé, le crayon de combustible est soumis à plusieurs tests (analyse de l’enrichissement des pastilles confinées, tests de fuite d’hélium et inspection visuelle).

4. L'assemblage 

La fabrication d’un assemblage de combustible pour les réacteurs à eau pressurisée (REP) débute par le soudage des fils d’espacement et d’un tube de guidage de la barre de contrôle sur une structure de support mécaniquement stable.

Les crayons de combustible sont ensuite entièrement insérés à l’intérieur de ce tube suivant un plan de chargement prédéterminé, puis sont scellés aux deux extrémités.

En fin de processus, l’assemblage de combustible est nettoyé puis soumis à une série complète de tests finaux et stocké en état suspendu dans un entreposage de subsurface jusqu’à l’expédition. Les structures de support prêtes au montage sont utilisées dans la fabrication d’assemblages de combustible pour les réacteurs à eau bouillante (REB).

Les produits fabriqués et les services proposés par le site de Lingen

• Le combustible REB : Atrium 11, Atrium 10

• Le combustible REP : Focus, HTP, GAIA

• Les pastilles de gadolinium

• Les pastilles dopées en chrome

• La poudre MOX

• Le désassemblage d’éléments de combustible

• Les transferts de technologie (équipements et services)