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Nucléaire : qu’est-ce qu’une centrifugeuse ?

Centrifugeuses nucléaires

« Cascades » de centrifuges sur un site d'enrichissement d'uranium aux États-Unis (©Centrus Energy)

Il existe deux principaux procédés pour enrichir de l’uranium en isotope 235 en vue de produire du combustible nucléaire : la diffusion gazeuse et l’ultracentrifugation. Cette dernière technologie met en œuvre un ensemble de centrifugeuses.

Une centrifugeuse est principalement constituée d’un rotor(1) qui tourne à très grande vitesse (50 000 à 70 000 tours par minute) et permet la séparation dans un gaz d’hexafluorure d’uranium (UF6) qui y est introduit des différents isotopes grâce à leur différence de masse.

Les molécules plus lourdes (hexafluorure d’uranium 238) sont projetées vers la périphérie sous l’effet de la force centrifuge tandis que les molécules plus légères (hexafluorure d’uranium 235) restent confinées au centre. Le gaz enrichi en isotope 235 plus léger monte alors en haut du cylindre où il est récupéré, la fraction plus lourde enrichie en isotope 238 étant également extraite de la centrifugeuse.

Compte tenu de la très légère différence de masse entre ces molécules (de l’ordre de 1%), il est nécessaire de reproduire cette opération à de très nombreuses reprises. Les centrifugeuses sont donc installées en « cascades » et le gaz passe dans chacune d’entre elles (soit dans des milliers de centrifugeuses) en augmentant au fur et à mesure sa teneur en uranium 235 (jusqu’à un niveau de 3% à 5% pour un usage civil).

L’ultracentrifugation s’impose progressivement depuis que des progrès ont été effectués en matière de résistance des matériaux des centrifugeuses à la fin des années 1980. Aujourd’hui, ce procédé est notamment employé par Areva dans son usine Georges Besse II (site du Tricastin dans la Drôme). Dans l’accord sur le nucléaire iranien conclu en juillet 2015, il est prévu d’abaisser le nombre de centrifugeuses en Iran de près des deux tiers afin de cantonner l’enrichissement à un usage civil.