Fiche de révision : Cycle du combustible nucléaire et enrichissement

📋 Plan du Cours

1. Cycle du combustible nucléaire front-end
2. Fission nucléaire et réaction en chaîne
3. Objectifs du combustible et confinement
4. Ressources d’uranium et enjeux d’approvisionnement
5. Exploration minière et méthodes de prospection
6. Chimie de conversion vers l’UF6
7. Procédés de conversion sec et procédé humide
8. Production d’UF4 et étapes de l’hydrofluoration
9. Spécifications de l’UF6 et contrôle des impuretés
10. Pourquoi enrichir l’uranium et rôle du SWU
11. Techniques d’enrichissement par échange chimique
12. Séparation isotopique par laser et procédé Calutron

📖 1. Cycle du combustible nucléaire front-end

🔑 Notions clés & Définitions

• Front-end du cycle du combustible : Ensemble des étapes industrielles en amont qui transforment le minerai d’uranium en combustible utilisable dans le réacteur.
• Fission nucléaire : Réaction où un noyau lourd se scinde après capture d’un neutron, libérant des fragments et des neutrons supplémentaires.
• Réaction en chaîne : Processus où les neutrons produits par une fission provoquent de nouvelles fissions, tant qu’au moins un neutron reste disponible.
• Uranium enrichi : Uranium dont la proportion en isotope fissile a été augmentée pour atteindre une réactivité adaptée au type de réacteur.
• Uranium naturel : Mélange isotopique présent dans la nature, majoritairement constitué de $^{238}$U avec une faible fraction de $^{235}$U fissile.

📝 Points essentiels

• La production d’énergie nucléaire repose sur la fission d’un noyau lourd induite par des neutrons, avec une probabilité de fission spontanée extrêmement faible.
• Pour chaque fission, le noyau se scinde en deux fragments et émet en moyenne 2,5 neutrons.
• La réaction en chaîne se maintient si un neutron reste libre pour provoquer une nouvelle fission dans le cœur.
• L’uranium naturel ne constitue pas directement le combustible : plusieurs étapes industrielles forment le front-end du cycle.
• Le combustible doit assurer la réactivité du cœur sans emballement, ce qui impose une densité de noyaux fissiles adaptée au type de réacteur.
• Le combustible doit aussi permettre une exploitation avec une certaine flexibilité et confiner les produits de fission.

💡 Astuce mémo

Fission → neutrons (≈2,5) → chaîne si ≥1 neutron repart; front-end = transformer minerai → combustible.

📖 2. Fission nucléaire et réaction en chaîne

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle du combustible nucléaire « partiellement-clos » : Cycle du combustible où une partie du combustible usé est recyclée, ce qui réduit l’usage de matière neuve.
• Cycle du combustible nucléaire « ouvert » : Cycle du combustible où le combustible usé n’est pas recyclé de façon significative et finit majoritairement en gestion des déchets.
• Uranium : Matière première nucléaire dont certains isotopes peuvent être utilisés comme combustible après conversion et enrichissement.
• Plutonium : Matière fissile pouvant être produite dans certains réacteurs et ensuite valorisée via des combustibles spécifiques.

📝 Points essentiels

• Plusieurs étapes industrielles constituent le cycle du combustible, avec un « front end » allant de l’extraction à la fabrication du combustible.
• Le cycle « partiellement-clos » (ex. ORANO) se distingue du cycle « ouvert » (ex. CAMECO) par le niveau de recyclage du combustible usé.
• Les ressources récupérables d’uranium dépendent du prix (ex. < 130 $US/kg U) et sont rapportées en tonnes de tU et tU3O8.
• En 2017, l’industrie devait couvrir environ 65 000 tonnes d’uranium par an, contre ~59 500 tonnes produites, soit ~92% de la demande.
• Les armes nucléaires utilisent de l’uranium enrichi jusqu’à ~90% en $^{235}$U, et parfois du $^{239}$Pu, ce qui relie enrichissement et production de matières fissiles.
• Depuis 1987, des traités de désarmement visent une réduction d’environ 80% de l’arsenal, avec des voies de recyclage (uranium/plutonium) et de re-enrichissement de l’uranium appauvri.

💡 Astuce mémo

Partiellement-clos = recycle une partie ; Ouvert = pas de recyclage notable (ORANO vs CAMECO).

📖 3. Objectifs du combustible et confinement

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustible nucléaire : Matière fissile utilisée pour produire de l’énergie par réactions nucléaires contrôlées.
• Confinement : Ensemble de barrières visant à empêcher la dispersion de matières radioactives vers l’environnement.
• Radon : Gaz radioactif naturel émetteur α, issu de la désintégration de radionucléides présents dans l’environnement.
• Méthodes indirectes d’exploration : Techniques qui infèrent la présence d’uranium sans forer directement, à partir de mesures géophysiques.

📝 Points essentiels

• Le radon est le seul gaz émettant des particules α dans la nature, ce qui le rend central pour le risque en milieu minier.
• La ventilation et le contrôle de la poussière (arrosage) sont nécessaires pour limiter l’exposition au radon et aux particules associées.
• Le radon a une activité spécifique d’environ $5{,}73\times10^{15}$ Bq·g$^{-1}$ et une densité d’environ $9{,}73$ kg·m$^{-3}$, soit ~8 fois celle de l’air.
• Le radon a une radioactivité caractérisée par une durée d’environ 3,8 jours, ce qui conditionne la gestion du risque.
• Les méthodes indirectes incluent gravimétrie, magnétométrie, méthodes électriques/électromagnétiques et sismique, ainsi que la tomographie 3D.
• La tomographie fournit une image 3D du volume exploré à partir de mesures de propagation d’ondes (compression/acoustiques) dans le sol.

💡 Astuce mémo

Radon = seul gaz α naturel + risque minier → ventilation + arrosage (3,8 jours).

📖 4. Ressources d’uranium et enjeux d’approvisionnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Désintégration α : Désintégration nucléaire où le noyau émet un noyau d’hélium $^4_2He$, ce qui diminue $A$ de 4 et $Z$ de 2.
• Désintégration β- : Désintégration nucléaire où le noyau émet un électron $e^-$ et un antineutrino, ce qui augmente $Z$ de 1 sans changer $A$.
• Équilibre séculaire : Régime d’une chaîne radioactive où, si la période du nucléide de tête est bien plus longue que celles des descendants, les activités deviennent égales et quasi constantes sur des durées courtes.
• Famille de l’uranium 238 : Chaîne radioactive issue de $^{238}U$ menant notamment à $^{226}Ra$ puis $^{222}Rn$ et à des descendants jusqu’au plomb stable.
• Période radioactive : Durée caractéristique de décroissance d’un nucléide, notée $T$, qui fixe le rythme de disparition et donc l’évolution des quantités.

📝 Points essentiels

• Pour une désintégration α : $^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}Y + ^4_2He$.
• Pour une désintégration β- : $^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y + e^- + \bar{\nu}$.
• De $^{238}U$ à $^{222}Rn$ par α : il faut $\frac{238-222}{4}=4$ désintégrations α.
• De $^{238}U$ à $^{222}Rn$ par β- : il faut $\frac{86-92}{1}$ en tenant compte de la variation de $Z$ ; la figure indique 2 désintégrations β- au total dans la chaîne menant à $^{222}Rn$.
• En équilibre séculaire, les activités des nucléides d’une même famille deviennent égales et pratiquement indépendantes du temps sur des durées courtes devant la période du premier nucléide.
• Condition d’équilibre séculaire : la période du nucléide de tête est beaucoup plus longue que celles des autres, et l’équilibre est atteint après un temps long devant toutes les périodes sauf la première.

💡 Astuce mémo

α : $A-4$ et $Z-2$ ; β- : $Z+1$ (A inchangé). Équilibre séculaire : tête lente, descendants rapides → activités égales.

📖 5. Exploration minière et méthodes de prospection

🔑 Notions clés & Définitions

• Leaching acide : Procédé de lixiviation où l’uranium est mis en solution grâce à un acide, souvent H2SO4, après oxydation préalable.
• Oxydant Fe3+ : Espèce oxydante utilisée pour convertir l’uranium de U4+ vers U6+, car U4+ est peu soluble alors que U6+ devient soluble.
• Extraction par amines tertiaires : Étape de séparation en extraction liquide-liquide où une amine tertiaire capte l’uranium dissous depuis la phase aqueuse.
• Précipitation en “yellow cake” : Étape de conversion chimique où l’on forme des uranates (MgUO4, Na2U2O7, (NH4)2U2O7) avant calcination.

📝 Points essentiels

• Le leaching est généralement réalisé avec H2SO4 et nécessite un oxydant (souvent Fe3+) pour passer de U4+ à U6+ soluble.
• La solution typique obtenue est une solution de sulfate d’uranyle, avec une concentration indiquée de 500 mg/L.
• Le broyage se fait en plusieurs tailles : primaire 150–250 mm, secondaire 50–70 mm, tertiaire 15–30 mm.
• Le broyage fin est réalisé jusqu’à 1–2 mm (barres) puis 150–600 \mu{}m (billes), et l’eau de broyage doit être éliminée par décantation et filtration.
• L’extraction liquide-liquide est décrite comme une extraction continue suivie d’une purification par régénération partielle du solvant.
• La séparation de la solution contenant U des déchets solides inclut un lavage en contre-courant (décanteur ou classifieur) puis une filtration continue (filtres rotatifs ou à bandes).

💡 Astuce mémo

U4+ = insoluble ; Fe3+ force U6+ = soluble (donc le lixiviant marche).

📖 6. Chimie de conversion vers l’UF6

🔑 Notions clés & Définitions

• UF6 : Composé hexafluorure d’uranium utilisé comme forme chimique pour alimenter l’enrichissement et la fabrication du combustible.
• Yellow cake : Résidu minier concentré en uranium, principalement sous forme d’oxydes, qui sert de matière première pour produire l’UF6.
• Conversion par voie sèche : Procédé de conversion où le yellow cake est transformé en UF6 via une séquence impliquant décomposition, fluoruration et purification par distillation.
• Conversion par voie humide : Procédé de conversion où le yellow cake est dissous puis purifié avant d’être converti en UF6 par étapes de fluoruration, réduction et hydrofluoration.
• ASTM C787-90 : Norme de référence imposant des limites de pureté et de non-volatilité des impuretés pour l’UF6.

📝 Points essentiels

• Conversion sèche : le yellow cake est décomposé en UO3 puis l’UF6 est obtenu après fluoruration, purification par distillation et étapes intermédiaires (UF4, hydrofluoration).
• Conversion sèche : la fluoruration conduit à UF4 puis l’hydrofluoration transforme UF4 vers UF6, avec des impuretés possibles (poussières d’UF4 et fluorures de Mo, V, W).
• Conversion sèche : la distillation est réalisée en phase liquide dans une colonne en alliage (monel) ou acier inoxydable, à ~100°C et quelques bars.
• Conversion humide (1) : dissolution du yellow cake dans HNO3 pour obtenir du UF6 pur, puis fluoruration par F2 produit via électrolyse de HF, réduction par H2 (issu de NH3), hydrofluoration par HF et dénitration/séchage.
• Conversion humide (2) : après dissolution et étapes vers UF6, la purification est réalisée par extraction liquide-liquide, puis l’UF6 est obtenu après fluoruration, réduction et hydrofluoration avec déshydratation/décom­
• UF4 → UF6 (Malvési, voie humide) : la chaîne comprend dissolution, purification, précipitation-séchage, puis hydrofluration pour produire UF4 et enfin UF6 (schéma de zones de réduction et d’hydrofluoration).

💡 Astuce mémo

UF6 = (Sec : UO3 → UF4 → UF6 + distillation) ; (Humide : HNO3 → UF6 → F2/HF → UF4 → hydrofluoration → UF6) ; ASTM = impuretés non volatiles ≤ 300 \mu{}g/g U.

📖 7. Procédés de conversion sec et procédé humide

🔑 Notions clés & Définitions

• Conversion de l’uranium : Opération chimique qui transforme le minerai ou le composé d’uranium en une forme adaptée à l’enrichissement et à la fabrication du combustible.
• Procédé sec : Procédé de conversion où la transformation chimique se fait sans phase liquide continue, typiquement avec des réactifs sous forme gazeuse ou solides.
• Procédé humide : Procédé de conversion où la transformation chimique passe par une phase liquide, avec des solutions et des étapes de traitement en milieu aqueux.
• UF6 : Hexafluorure d’uranium, forme gazeuse utilisée comme matière de base pour l’enrichissement isotopique.
• Enrichissement isotopique : Procédé visant à augmenter la fraction de $^{235}$U dans le produit par rapport au résidu appauvri, en exploitant des différences liées à la masse des noyaux.

📝 Points essentiels

• L’enrichissement est nécessaire car l’uranium naturel contient environ $0{,}72\%$ de $^{235}$U et $99{,}28\%$ de $^{238}$U (avec des traces de $^{234}$U).
• Les procédés d’enrichissement reposent sur des propriétés sensibles à la masse des noyaux, donc à la différence entre isotopes.
• Le besoin d’enrichissement vient du fait que les procédés chimiques ne suffisent pas pour obtenir une séparation isotopique efficace.
• Le produit et le résidu sont caractérisés par leur teneur en $^{235}$U, et la teneur du résidu pauvre sert à optimiser l’enrichissement.
• La mesure de l’enrichissement se fait via le % de $^{235}$U dans le produit et dans le résidu, le % du produit étant imposé par le réacteur à charger.
• Les procédés d’enrichissement à faible enrichissement élémentaire incluent la diffusion gazeuse, la centrifugation et des procédés aérodynamiques.

💡 Astuce mémo

UF6 = forme d’entrée de l’enrichissement ; sec = sans phase liquide continue ; humide = avec solutions (milieu liquide).

📖 8. Production d’UF4 et étapes de l’hydrofluoration

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydrofluoration : Procédé chimique qui transforme un composé d’uranium en UF4 en utilisant HF comme réactif.
• UF6 : Hexafluorure d’uranium utilisé comme forme gazeuse pour l’enrichissement isotopique avant conversion.
• UF4 : Tétrafluorure d’uranium, forme solide visée après conversion depuis les étapes impliquant UF6.
• Enrichissement isotopique : Opération qui augmente la fraction de $^{235}$U dans un flux d’uranium en séparant $^{235}$UF6 et $^{238}$UF6.
• Facteur de séparation : Grandeur notant l’efficacité d’une étape d’enrichissement en comparant les rapports des fractions en sortie.

📝 Points essentiels

• Le % de $^{235}$U dans le produit est fixé par le réacteur à charger, donc l’exploitant choisit la combinaison d’apport d’UF6 et d’UTS en partant de la teneur du résidu appauvri.
• L’enrichissement peut être réalisé par des procédés à faible enrichissement élémentaire (diffusion gazeuse, centrifugation, procédés aérodynamiques, échange chimique) ou à fort enrichissement élémentaire (laser, procédés
• Dans une cascade, une étape (stage) regroupe des cellules en parallèle travaillant avec le même contenu, tandis qu’une cascade enchaîne plusieurs stages pour obtenir l’enrichissement global.
• Dans une cellule élémentaire, l’entrée est scindée en deux flux (un enrichi et un appauvri) et la cellule est traversée par deux flux (un montant et un descendant).
• Facteur de séparation d’une étape : c’est le rapport des contenus des sorties enrichie et appauvri (ratio des contenus en sortie).
• Diffusion gazeuse : le principe repose sur une diffusion moléculaire isotherme, où $^{235}$UF6 diffuse plus vite que $^{238}$UF6 car les molécules ont la même énergie et la masse diffère.

💡 Astuce mémo

Cascade = Stage en parallèle puis Étages en série (parallèle pour répartir, série pour amplifier).

📖 9. Spécifications de l’UF6 et contrôle des impuretés

🔑 Notions clés & Définitions

• UF6 : Composé chimique utilisé comme forme gazeuse de l’uranium pour l’enrichissement, notamment dans les procédés de séparation isotopique.
• Facteur de séparation : Grandeur $\alpha$ qui mesure l’efficacité d’un étage pour distinguer les isotopes, plus $\alpha$ est grand plus la séparation élémentaire est forte.
• Centrifugation cascade : Assemblage de centrifugeuses en série pour compenser un facteur de séparation élémentaire limité et atteindre un enrichissement visé.
• UF6 dilué dans H2 : Mélange où l’UF6 est introduit avec de l’hydrogène pour des procédés aérodynamiques (nozzle ou vortex) à séparation isotopique.
• Procédé CHEMEX : Procédé d’échange chimique basé sur des réactions d’oxydo-réduction entre ions d’uranium, avec extraction liquide-liquide en colonnes.

📝 Points essentiels

• Le facteur de séparation $\alpha$ dépend des conditions de fonctionnement et peut être évalué à partir de la vitesse périphérique du bol.
• Pour une vitesse périphérique de 200, 400, 600 et 800 m·s$^{-1}$, les valeurs données sont $\alpha=1{,}02$, $1{,}1$, $1{,}24$ et $1{,}47$.
• Un $\alpha$ proche de 1 impose des cascades : on utilise plusieurs étages pour obtenir une séparation globale suffisante.
• Les procédés aérodynamiques (nozzle ou vortex) utilisent une conception mécanique simple sans pièce rotative, mais demandent un coût énergétique élevé et un facteur de séparation faible.
• Le procédé nozzle : UF6 dilué dans H2, séparation par conception mécanique simple, avec nécessité de cascades à cause du faible $\alpha$.
• Le procédé vortex : UF6 dilué dans H2, séparation par vortex, même logique de coût énergétique élevé et faible séparation élémentaire nécessitant des cascades.

💡 Astuce mémo

Idée-clé : $\alpha$ augmente avec la vitesse périphérique, mais si $\alpha$ reste modeste alors on compense par une cascade d’étages.

📖 10. Pourquoi enrichir l’uranium et rôle du SWU

🔑 Notions clés & Définitions

• Uranium 235 : Isotope fissile de l’uranium dont la proportion doit être augmentée pour obtenir une réactivité suffisante dans un réacteur.
• Facteur d’enrichissement : Mesure du gain de concentration en $^{235}$U entre l’entrée et la sortie d’un procédé d’enrichissement.
• Consommation spécifique : Quantité d’énergie ou de ressources consommées par unité d’enrichissement produite dans un procédé.
• SWU : Unité de travail d’enrichissement utilisée pour quantifier le “travail” nécessaire pour augmenter la teneur en $^{235}$U.

📝 Points essentiels

• L’enrichissement vise à augmenter la fraction de $^{235}$U car un mélange naturel ne contient pas assez d’isotope fissile pour assurer la réactivité attendue.
• Les procédés d’enrichissement sont évalués par un facteur d’enrichissement et une consommation spécifique, qui traduisent efficacité et coût énergétique.
• Le procédé par séparation laser permet d’atteindre directement une teneur de quelques % en $^{235}$U avec une faible consommation énergétique, mais il est difficile à exploiter industriellement, notamment à cause des ver
• Le procédé électromagnétique de type Calutron (CALifornian University synchroTRON) a été mis à l’échelle industrielle en 1941 (Y-12 à Oak Ridge) avec un excellent facteur de séparation, mais avec un coût énergétique très
• Pour l’uranium issu du retraitement, la séparation isotopique est plus difficile car le mélange contient aussi $^{232}$U et $^{236}$U en plus des isotopes présents à la sortie d’un réacteur.
• Le SWU sert à prévoir les capacités d’enrichissement mises sur le marché, exprimées en millions d’UTS (unités de travail d’enrichissement).

💡 Astuce mémo

Laser = “faible énergie” mais “industrie difficile” ; Calutron = “sépare très bien” mais “énergie énorme” ; SWU = “travail” pour monter la teneur en $^{235}$U.

📖 11. Techniques d’enrichissement par échange chimique

🔑 Notions clés & Définitions

• REP : Un REP est un réacteur à rechargement réalisé à l’arrêt, où l’assemblage combustible doit rester intègre pendant le séjour en cœur.
• UOX : L’UOX est un combustible où la matière fissile est portée par des oxydes d’uranium, typiquement sous forme de UO2.
• MOX : Le MOX est un combustible où la matière fissile est portée par des oxydes mixtes d’uranium et de plutonium, typiquement sous forme de (U,Pu)O2.
• Céramique combustible : La céramique combustible est un matériau polycristallin dense constitué de grains d’oxyde, dont la stœchiométrie O/M conditionne fortement les propriétés en réacteur.
• Voie sèche : La voie sèche est un procédé de conversion où l’UF6 enrichi est transformé en poudre UO2 via une pyrohydrolyse.

📝 Points essentiels

• La matière fissile est sous forme d’oxydes UO2 (UOX) ou (U,Pu)O2 (MOX), choisis pour leur stabilité chimique, compatibilité avec l’eau et résistance à la température et à l’irradiation.
• L’oxygène de l’oxyde absorbe peu les neutrons, ce qui contribue à la tenue du combustible sous irradiation.
• La céramique combustible est un matériau polycristallin monophasé dense (~95% de la densité théorique, 10,96) constitué de grains de dioxyde de quelques micromètres (10–15 \mu{}m).
• La structure cristalline est de type fluorine CaF2, cristallisant en cubique à faces centrées pour le réseau de l’actinide.
• Les combustibles UO2+x et (U1−yPuy)O2+x tolèrent un écart à la stœchiométrie, avec 0 ≤ x ≤ 0,25 pour l’UOX et −0,25 ≤ x ≤ 0,25 pour le MOX à température ambiante.
• L’écart à la stœchiométrie (O/M) conditionne fortement les propriétés en réacteur et doit être spécifié puis respecté à la fabrication.

💡 Astuce mémo

UOX/MOX : O/M “serré” mais tolérant (UOX x≥0, MOX x±), et la structure CaF2 “cubique face centrée” stabilise l’oxyde.

📖 12. Séparation isotopique par laser et procédé Calutron

🔑 Notions clés & Définitions

• Pyrohydrolyse réductrice : Procédé thermique de défluoration où UO2F2 réagit avec H2O et H2 pour produire UO2 et générer HF, sans effluents liquides.
• Voie sèche : Mode de fabrication de la poudre UO2 où la formulation et la mise en forme s’appuient sur des poudres et additifs, sans étape humide décrite ici.
• Mélangeur à vis orbitale : Équipement de mélange qui homogénéise la poudre et les additifs sous courant d’azote afin de limiter l’oxydation.
• Granulation forcée : Étape de fabrication des granulés UO2 réalisée sur tamis, après précompactage, pour obtenir une taille de particules adaptée au pressage.
• Frittage en four continu : Traitement thermique à haute température, sous atmosphère réductrice, qui densifie la pastille et fixe ses propriétés finales.

📝 Points essentiels

• La pyrohydrolyse réductrice suit la réaction UO2F2 + H2O + H2 → UO2 + 2 HF + H2O.
• Le procédé de défluoration décrit ne produit pas d’effluents liquides, ce qui réduit les contraintes liées aux études de criticité.
• La formulation de la poudre UO2 tient compte des critères O/U et des propriétés d’usage comme la frittabilité et l’effet porogène, ainsi que d’additifs issus du recyclage (U3O8).
• Le porogène sert à ajuster la densité des pastilles après frittage et est éliminé totalement pendant le frittage.
• Le lubrifiant assure la lubrification de la poudre au pressage.
• Le mélange est réalisé dans un mélangeur à vis orbitale sous courant d’azote pour éviter l’oxydation de la poudre.

💡 Astuce mémo

Pyrohydrolyse = UO2F2 + H2O + H2 → UO2 + HF (pas de liquide).

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

Cycles du combustible : ouvert vs partiellement-clos

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre le front-end (minerai → combustible) avec l’enrichissement ou la fabrication : le front-end regroupe plusieurs étapes industrielles en amont.
2. Croire que l’uranium naturel est directement le combustible : le cours insiste qu’il faut des étapes industrielles pour obtenir une forme adaptée.
3. Mélanger les rôles : la réaction en chaîne dépend du fait qu’au moins un neutron reste disponible, pas du fait que la fission soit fréquente (spontanée très faible).
4. Se tromper sur α/β− : α diminue A de 4 et Z de 2, tandis que β− augmente Z de 1 sans changer A.
5. Penser que l’équilibre séculaire implique des quantités identiques : le cours parle d’activités égales et quasi constantes sur des durées courtes devant la période du nucléide de tête.
6. Oublier que le radon est le seul gaz émettant des particules α dans la nature : le risque minier se gère donc via ventilation et contrôle de poussières.
7. Confondre les procédés de conversion : voie sèche = décomposition/fluoration/distillation (UO3 → UF6), voie humide = dissolution/purification puis fluoruration/réduction/hydrofluoration.

✅ Checklist Examen

1. Définir le front-end du cycle du combustible et expliquer pourquoi l’uranium naturel ne constitue pas directement le combustible.
2. Expliquer la fission et la réaction en chaîne : fragments, nombre moyen de neutrons (≈2,5) et condition de maintien (≥1 neutron libre).
3. Distinguer cycle « partiellement-clos » et cycle « ouvert » et donner l’exemple associé (ORANO vs CAMECO).
4. Relier l’objectif du combustible à 4 points : réactivité sans emballement, flexibilité d’exploitation, confinement des produits de fission, et gestion de la chaleur.
5. Décrire le rôle du radon dans le risque minier et rappeler les actions de prévention (ventilation et arrosage/contrôle de poussières).
6. Citer les méthodes indirectes de prospection et préciser ce que fournit la tomographie 3D (image 3D via propagation d’ondes).
7. Écrire les équations de désintégration α et β− et calculer le nombre de désintégrations nécessaires pour passer de 238U à 222Rn (4 α et 2 β−).
8. Définir l’équilibre séculaire et énoncer la condition (période de la tête beaucoup plus longue que celles des descendants).
9. Décrire la chaîne chimique du leaching acide : H2SO4, nécessité d’un oxydant (Fe3+), passage U4+ → U6+ et forme de solution obtenue (sulfate d’uranyle).
10. Expliquer la conversion vers l’UF6 : comparer voie sèche et voie humide au niveau des étapes clés (UO3/UF4/distillation vs HNO3/F2/HF/réduction/hydrofluoration).
11. Donner les exigences de pureté pour l’UF6 (ASTM C787-90 : impuretés non volatiles ≤ 300 \mu{}g/g U) et lister les familles d’impuretés citées.
12. Expliquer pourquoi l’enrichissement est nécessaire et définir SWU/UTS, puis distinguer procédés à faible enrichissement élémentaire (diffusion/centrifugation/aérodynamique/échange chimique) et à fort enrichissement (las/
13. Calutron).]}]}}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]}]