Conception et fabrication de combustible
Contrôle visuel du squelette de l'assemblage combustible © Framatome, Cyrille Dupont (The Pulses)
Framatome développe des combustibles sûrs et performants pour tous types de réacteurs.
Framatome dispose d’unités de Recherche et Développement, de fabrication de combustible et d’une chaîne logistique totalement intégrée. Nos sites sont répartis en France (selon l’ordre de la supply chain : Jarrie, Ugine, Montreuil-Juigné, Rugles, Paimboeuf, Romans et à Lyon), en Allemagne (Karlstein et Lingen et à Erlangen) et aux Etats Unis (Richland et à Lynchburg).
A cela s’ajoutent les développements spécifiques et la fabrication de combustibles pour les réacteurs de recherche (CERCA), couvrant une large gamme de technologies.
260 000 assemblages de combustible fabriqués par Framatome alimentent plus de 200 réacteurs en exploitation dans le monde.
Le combustible : un assemblage de matériaux, de composants et d’expertise
Le périmètre d’intervention de Framatome repose sur 5 pôles d’expertise :
- Développement & conception d’assemblages combustibles : Expertise de conception des produits et des codes et méthodes de calcul neutronique, thermo-hydraulique, thermomécanique et mécanique, bases de données étendues.
- Production de zirconium et de ses alliages : Technologies de la chimie et de la métallurgie, transfert de technologie.
- Fabrication et commercialisation d’assemblages combustibles : Chimie réactionnelle et du solide, métallurgie des poudres, assemblage, soudages, contrôles non destructifs, analyses sureté et radioprotection, programmation. Transfert de technologie et licences.
- Fabrication d’éléments combustibles pour réacteurs de recherche : Utilisation d’uranium métal et laboratoire de recherche et d’innovation CERCA (centre de prototypages – CRIL).
- Services associés au combustible : Ingénierie, conception et fabrication des outillages, interventions sur sites (réacteur) et tous services associés au combustible.
Le saviez-vous ?
Le Zirconium est un matériau clé dans la production du combustible nucléaire. Ce métal est particulièrement résistant à la corrosion par l’eau et l’eau de mer. Associé à des caractéristiques nucléaires idéales (transparence aux neutrons), son utilisation est généralisée pour le gainage des combustibles utilisés dans tous types de réacteurs à eau légère.
Des technologies de pointe utilisées à chaque étape
Services de conception & ingénierie du combustible
Nos équipes d’ingénierie conçoivent des assemblages et grappes de combustible sûrs, fiables et performants, en s’appuyant sur des codes et méthodes de pointe pour la conception et le licensing des cœurs et assemblages de combustible. Forts de plus de 100 experts certifiés, nous fournissons des services d’ingénierie de haut niveau, couvrant la gestion du cœur, l’analyse de sûreté et la recherche sur les combustibles et réacteurs avancés. Présents sur quatre sites en France, en Allemagne et aux États-Unis, nous servons un tiers des réacteurs exploités dans le monde et collaborons avec toutes les principales autorités de sûreté pour garantir la qualité et la performance de nos solutions.
Fabrication de composants en zirconium
Nous maîtrisons l’ensemble de la chaîne de fabrication du zirconium, de la production de l’éponge à la transformation des alliages en produits finis tels que tubes, barres et produits plats. Nous utilisons des procédés performants, soutenus par notre Centre de Recherche à Ugine. Leader mondial du zirconium de qualité nucléaire, nous détenons 30 % de parts de marché pour les gaines de combustible et l’éponge Zr, tout en développant des alliages spéciaux pour les prothèses médicales sous la marque Framatome Healthcare. Avec plusieurs sites en France, une co-entreprise en Chine et des équipes à l’international, nous allions innovation et excellence.
Fabrication des assemblages combustibles
La fabrication d’assemblages de combustible couvre l’ensemble du processus, de la chimie de transformation de l’uranium à l’assemblage de composants techniques complexes. Nous produisons des assemblages pour tous types de réacteurs à eau légère (REP, REB) ainsi que des poudres de dioxyde d’uranium (UO₂) et des crayons au gadolinium. Nos innovations incluent des combustibles avancés plus tolérants aux accidents (PROtect E-ATF), plus enrichis en uranium et offrant des taux de combustion élevés.
Vidéo : Protect
[Vidéo de présentation en anglais rythmée par une musique dynamique mais sans orateur. Nous avons une succession de diapositives composées de photos et de textes. Ci-dessous, retrouvez les textes traduits en français]
Programme PROtect de Framatome : Combustible Amélioré Tolérant aux Accidents (E-ATF)
Faire passer le combustible nucléaire au niveau supérieur.
Grâce à l’expertise de nos spécialistes et au soutien d’organismes du monde entier, le programme PROtect de Framatome est devenu la référence de l’industrie en matière de combustible tolérant aux accidents.
En réponse à l’accident de Fukushima en 2011, Framatome a lancé le programme de combustible amélioré tolérant aux accidents (E-ATF) afin de renforcer la sûreté des exploitants de centrales nucléaires.
Depuis plus de dix ans, nous poursuivons activement le développement de technologies et de solutions pour l’industrie et nos clients. Nos solutions à court et long terme, ainsi que leur mise en œuvre, sont inégalées dans le secteur.
Nos solutions ont été déployées dans des réacteurs à travers le monde :
- 6 déploiements dans le monde
- 6 types de réacteurs différents
- 2 en Europe
- 4 aux États-Unis
- Plus de 120 millions de pastilles enrichies en chrome fabriquées
- Plus de 400 crayons combustibles gainés de chrome en exploitation
Comment y sommes-nous parvenus ?
> 2013-2015 : Recherche générale sur les matériaux
Après des recherches et essais approfondis, Framatome a retenu la gaine revêtue de chrome pour ses crayons combustibles éprouvés, ainsi que des pastilles d’UO₂ enrichies en chromie comme solution à court terme.
Moins de 18 mois plus tard, ces matériaux ont été livrés à un réacteur nucléaire commercial pour valider leurs performances attendues en conditions réelles.
> 2016 : Première utilisation dans une centrale commerciale
Première mondiale : des crayons combustibles prototypes gainés de chrome ont été insérés dans un réacteur européen.
> Janvier 2019 : Première livraison à un client américain
Insertion de crayons combustibles prototypes de longueur complète, gainés de chrome et contenant des pastilles dopées au chrome, dans un réacteur commercial aux États-Unis.
> Fin 2019 : Avancées significatives
Premier rechargement commercial de combustible GAIA intégrant des pastilles E-ATF.
> Septembre 2020 : Premier cycle terminé pour un assemblage GAIA E-ATF dans un réacteur américain
Après 18 mois, les inspections ont confirmé d’excellentes performances et un comportement conforme aux attentes.
> Février 2021 : Première livraison pour application en réacteur à eau bouillante (REB)
Insertion de crayons combustibles E-ATF dans un REB – première application de Framatome dans ce type de réacteur.
> Mars 2021 : Mise en service d’un assemblage complet PROtect
176 crayons combustibles gainés de chrome et plus de 40 000 pastilles dopées au chrome ont constitué le premier assemblage complet de combustible E-ATF au monde.
> Juin 2021 : Fin de cycle de vie des technologies
La gaine PROtect a terminé son premier cycle de vie à Gösgen. Elle a été déchargée après 5 cycles d’exploitation, avec d’excellents résultats visuels et de performance.
> Mars 2023 : Préparation au déploiement commercial
Le premier assemblage complet PROtect a terminé son premier cycle d’exploitation en toute sécurité, démontrant sa capacité à résister aux conditions en réacteur.
> Septembre 2023 : Vers l’industrialisation
Lancement de l’approvisionnement pour une ligne pilote industrielle capable de produire plus de 100 000 crayons gainés de chrome par an.
> Juillet 2023 : Première avec EDF
Insertion de crayons prototypes dans un réacteur EDF ; poursuite de la collaboration pour des essais supplémentaires.
> Décembre 2023 : Fin d’exploitation
L’assemblage de combustible PROtect GAIA a terminé un cycle de 56 mois dans un réacteur américain, avec des résultats conformes aux attentes.
> Mai 2024 : Limites de combustion plus élevées atteintes
Première technologie E-ATF à faire fonctionner des crayons combustibles de longueur complète à des limites opérationnelles accrues.
> Juin 2024 :
Pose de la première pierre d’une nouvelle installation dédiée à la production en série de crayons gainés de chrome.
> 2025 et au-delà : Développements futurs
Finalisation des premières irradiations du concept de gaine en carbure de silicium (SiC).
> 2026 : Obtention de la licence pour la gaine PROtect gainée de chrome
> 2027 : Irradiation de la gaine SiC dans une centrale nucléaire commerciale. Préparation au rechargement en lot du concept de combustible PROtect (gaine chrome + pastilles dopées au chrome)
Faire passer le combustible nucléaire au niveau supérieur
Une gamme complète de produits combustible sûrs et compétitifs
Le portefeuille de produits combustibles de Framatome couvre tous types de réacteurs à eau légère. Ils sont disponibles en recharge et dans le monde entier. Parmi eux : les combustibles GAIA adaptés pour les Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) et les combustibles ATRIUM 11 pour les Réacteurs à Eau Bouillante (REB).
Framatome joue un rôle de plus en plus important dans la fourniture de combustible pour les réacteurs VVER exploités en Europe. L’entreprise développe un combustible souverain et 100 % européen pour les réacteurs VVER-1000 et VVER-400.
Assemblage Combustible GAIA pour les Réacteurs à Eau Pressurisée © Framatome
Assemblage combustible Atrium 11 pour les Réacteurs à Eau Bouillante © Framatome
Assemblage Combustible VVER © Framatome
Fabrication d’éléments combustibles pour réacteurs de recherche
Framatome fabrique des éléments combustibles pour fournir les centres de recherche et les universités exploitant des réacteurs de recherche à des fins industrielles et scientifiques. L’entreprise produit également des cibles d’irradiation à usage médical à base d’uranium, utilisées pour générer des radio-isotopes tels que l’iode-131, le xénon-133, l’yttrium-90 et le molybdène-99, ce dernier étant le plus utilisé pour les examens d’imagerie médicale nucléaire, notamment pour le diagnostic du cancer. Cette activité s’inscrit désormais dans le cadre de la marque Framatome Healthcare.
Avec plus de 20 000 éléments combustibles et 80 000 cibles d’irradiation à usage médical fabriqués, Framatome propose 70 designs différents d’éléments combustibles. Chaque année, environ 30 millions d’examens de médecine nucléaire dans le monde utilisent des cibles produites par CERCA.
Lancé en 2019, le CRIL (Centre de Recherche et d’Innovation de CERCA) se consacre au développement de combustibles à base d’uranium qui contribuent à la recherche internationale en physique et en médecine.
Vidéo : CRIL
[Vidéo, en langue anglaise, de présentation du CRIL, à Romans-sur-Isère, France : laboratoire de recherche et d’innovation de l’entité CERCA de Framatome. La transcription est la traduction française de la vidéo. La vidéo est commentée par une voix-off féminine et le directeur du CRIL, Bertrand Stepnik. Les commentaires sont illustrés par des séquences vidéos du laboratoire et des ses opérateurs sur leur poste de travail.]
– Voix off : Chez Framatome, l’innovation est notre moteur. Bienvenue au Laboratoire de Recherche et d’Innovation CERCA, un espace dédié au développement, au prototypage et à la fabrication de combustibles nucléaires avancés à base d’uranium pour tous types de réacteurs.
– Bertrand Stepnik [directeur du CRIL] Ici, au CRIL, nous innovons en permanence pour concevoir les combustibles nucléaires adaptés aux réacteurs de demain.
– Voix off : Forts de plus de 65 ans d’expérience dans la fabrication de combustibles et grâce au savoir-faire de notre division CERCA, nous accélérons le développement de vos éléments combustibles et transformons vos concepts en réalité.
– Bertrand Stepnik : Notre équipe, composée de chercheurs expérimentés et de jeunes talents, collabore étroitement avec des partenaires académiques et industriels du monde entier pour développer des projets sur mesure.
– Voix off : Située en France, au sud de Lyon, notre installation moderne est équipée de technologies de pointe permettant de développer et de fabriquer rapidement une large gamme de prototypes de combustibles nucléaires.
– Bertrand Stepnik : En 2022, nous avons réalisé une première mondiale en remportant le prix de l’innovation de la SFEN pour nos objets en uranium-molybdène imprimés en 3D.
– Voix off : Nous développons des technologies nouvelles et innovantes, telles que l’uranium métallique et les oxydes d’uranium, pour tout type de réacteur, y compris les réacteurs de nouvelle génération, en collaboration avec des partenaires internationaux.
– Bertrand Stepnik : Notre flexibilité nous permet de produire aussi bien des prototypes uniques que de petites séries, tout en maintenant des standards de qualité élevés.
– Voix off : Au Laboratoire de Recherche et d’Innovation CERCA, nous sommes bien plus qu’un simple laboratoire. Nous sommes votre partenaire pour transformer vos idées en réalité, aujourd’hui et demain.
– Bertrand Stepnik : Votre défi, notre solution. Ensemble, développons le combustible du futur.
Un partenaire de choix pour les réacteurs de nouvelle génération
Framatome met à profit son expertise et ses technologies éprouvées pour accompagner le développement et la commercialisation du combustible destiné aux réacteurs avancés et réacteurs modulaires de petite taille (SMR). Grâce à l’utilisation de solutions disponibles et qualifiées, Framatome réduit le temps de développement et optimise le coût du cycle du combustible en intégrant des composants prêts à l’emploi.
Afin de soutenir l’avenir de l’énergie nucléaire avec des solutions de combustible fiables et performantes, Framatome a mis en place le Hub des combustibles pour réacteurs innovants (Innovative Reactor Fuels Hub) – dédié au développement et à la fourniture de combustibles pour les nouveaux types de réacteurs nucléaires. Ce Hub rassemble notre expertise technique, nos capacités industrielles et nos technologies avancées pour accompagner toutes les étapes du développement du combustible. Il aide nos clients à concevoir, tester et livrer le combustible adapté à leurs projets de réacteurs innovants, de manière rapide et efficace.
Service et expertise
Framatome développe ses codes et méthodes de pointe, comme Arcadia et Galileo, pour la conception et la justification des assemblages combustibles et des cœurs de réacteurs. Les outils de modélisation 3D réaliste garantissent précision, robustesse et conformité aux exigences réglementaires. Ils optimisent l’exploitation des réacteurs, améliorant flexibilité et marges de sécurité. S’appuyant sur une base de validation mondiale, les solutions Framatome facilitent l’octroi de licences (licensing) et assurent une exploitation sûre et performante des installations nucléaires.
L’intelligence artificielle permet d’optimiser l’efficacité de certaines études d’ingénierie, en apportant des solutions améliorées pour nos clients et nos projets de développement, sans pour autant se substituer aux méthodes réglementaires de licensing.