Comment les éléments combustibles sont-ils stockés

Un élément combustible reste dans un réacteur jusqu’à sept ans. Il doit ensuite être remplacé. Les éléments combustibles usés sont, à la suite de leur emploi dans le réacteur, extrêmement chauds. Ils doivent par conséquent être refroidis pendant des années dans un dépôt intermédiaire. Cette étape prend place dans des bassins spéciaux remplis d’eau et situés auprès des centrales nucléaires. Directement après l’accident de Fukushima, l’Inspection fédérale de la sécurité nucléaire (IFSN) a chargé les exploitants des centrales nucléaires d’examiner la sécurité des piscines de stockage des éléments combustibles. Les opérateurs des centrales ont jusqu’à fin août 2011 pour soumettre des propositions visant à pallier les manquements observés par l’IFSN.

Des éléments combustibles se composent d’assemblages de plusieurs barres de combustible fines. Celles-ci sont à leur tour remplies de plusieurs centaines de tablettes de combustible, le plus souvent de l’oxyde d’uranium sous forme de pastilles cylindriques. Les pastilles, d’une grandeur équivalente à un centimètre, contiennent du combustible avec des nucléides fissibles (comme de l’uranium 235). Les éléments combustibles sont utilisés dans la cuve du réacteur en vue de produire de l’énergie. Ils y produisent de la chaleur en conséquence de la fission nucléaire contrôlée.

Les éléments combustibles sont utilisés dans le réacteur entre quatre et sept ans. Ils sont ensuite déchargés de la cuve du réacteur.
Les barres de combustible usé produisent aussi de la chaleur résiduelle après le déchargement. Ce phénomène est dû à la désintégration. La quantité de chaleur issue de ce processus est toutefois clairement inférieure à celle produite dans le cadre du fonctionnement en puissance dans la cuve du réacteur. Les assemblages combustibles doivent par conséquent être refroidis pendant des années dans un dépôt intermédiaire. Cette étape prend place dans des bassins spéciaux remplis d’eau et situés auprès des centrales nucléaires.

Piscines de stockage des éléments combustibles

Lors de l’inspection annuelle, une partie des éléments combustibles de la cuve du réacteur est transférée dans la piscine de stockage. Le transfert du combustible usé ainsi que le stockage ont lieu sous l’eau. L’eau sert d’une part d’écran face aux radiations, d’autre part de refroidissement des assemblages. Les éléments combustibles sont recouverts par plusieurs mètres d’eau dans ces piscines de stockage.

Refroidis en permanence

Afin d’éviter un échauffement du bassin de stockage, la chaleur résiduelle produite par les éléments combustibles doit être évacuée en continu. Un refroidissement continu et fiable est par conséquent nécessaire. Peu importe si la centrale nucléaire (respectivement le réacteur) est en exploitation ou s’il est arrêté. Même après la désaffectation d’une centrale, les assemblages usés doivent être refroidis pendant plusieurs années dans des piscines de stockage exploitées séparément.

De la piscine de stockage au dépôt en profondeur

Après que l’activité, et par-là la production de chaleur des éléments combustibles, ait suffisamment décru – et que les assemblages ne doivent plus être refroidis avec de l’eau – ils peuvent être déchargés de la piscine de stockage. Il s’ensuit le transport dans un dépôt intermédiaire. Cette étape a lieu au plus tôt cinq ans après. Les éléments sont ensuite transférés dans des conteneurs de transport et de stockage massifs. A ce stade, ils produisent encore de la chaleur. La quantité de chaleur est toutefois tellement faible que les conteneurs peuvent désormais être refroidis uniquement avec de l’air ambiant, et non plus de l’eau.

Où se trouvent les dépôts d’assemblages combustibles en Suisse?

Chaque centrale nucléaire compte sur son site au moins un bassin de stockage pour assemblages refroidis à l’eau.
Pour le stockage à sec des éléments combustibles plus anciens et qui ont fortement décru, les centrales nucléaires suisses exploitent deux dépôts intermédiaires. Un se situe auprès de la centrale de Beznau et sert au stockage des assemblages de la centrale. Le second correspond au dépôt intermédiaire ZWILAG à Würenlingen. Il emmagasine les assemblages combustibles usés et les déchets hautement radioactifs de toutes les centrales nucléaires suisses et de tous les instituts de recherche.

Enseignements de Fukushima

Un refroidissement insuffisant des éléments combustibles, ou bien même la perte de refroidissement – que ce soit dans la cuve de pression du réacteur ou dans les bassins de stockage – peut avoir de lourdes conséquences. Une telle situation peut par exemple conduire à l’éclatement de gaines de barres de combustible ou à la fusion de ce dernier. Cela a été le cas dans la centrale nucléaire de Fukushima-Daiichi.

A la suite de l’accident de Fukushima, des questions concernant les bassins de stockage se sont posées sur la base des premiers enseignements.

L’IFSN a donc exigé par son ordonnance du 18 mars 2011 des exploitants de centrales suisses qu’ils examinent la situation de la sécurité des piscines de stockage.

Les opérateurs devaient répondre immédiatement aux questions suivantes :

• L’alimentation de la source de refroidissement pour des systèmes de sécurité et de secours est-elle assurée par une source diversifiée résistante aux séismes, aux crues et à des contaminations (alimentation supplémentaire par une fontaine d’eau de source)?
• Est-ce que des piscines de stockage se trouvant à l’extérieur du confinement primaire sont suffisamment protégées face à des effets externes et internes ?
• Est-ce que le refroidissement de piscines de stockage est une fonction de sécurité particulièrement bien protégée ? Peut-elle être alimentée et dirigée depuis le système de sauvegarde bunkérisé ?

Après examen des rapports, l’IFSN a identifié différents points faibles dans les bassins de stockage. Les exploitants doivent ainsi remettre jusqu’à la fin août 2011 des propositions visant à pallier les manquements observés.