Fabrication de combustible d’UFE et transfert de responsabilité aux Laboratoires de Chalk River, et cadre de réglementation en matière de sûreté‑criticité nucléaire au Canada

Document technique présenté à :
Atelier de l’AIEA sur les aspects opérationnels de la fabrication de combustibles avancés d’uranium faiblement enrichi à teneur élevée
Du 17 au 21 août 2026

Préparé par :
Shawna Miller et Richard McNamara
Laboratoires Nucléaires Canadiens (LNC)
Ruxandra Dranga et Vladimir Khotylev
Commission canadienne de sûreté nucléaire

Historique de la fabrication de combustible

La fabrication de combustible fait partie des travaux aux Laboratoires de Chalk River (LCR) depuis la création du site. Elle a commencé dans un atelier d’usinage de matières actives, lequel est devenu une installation de production d’uranium hautement enrichi (UHE) visant à appuyer l’exploitation du réacteur NRU. Au fil des ans, plusieurs initiatives internationales de non‑prolifération sont entrées en vigueur. En définitive, il a donc fallu trouver une solution de rechange au combustible à base d’UHE. En raison de ces initiatives, il a été nécessaire d’élaborer aux LCR un procédé de production qui permet la fabrication de combustible et de cibles à partir de l’uranium enrichi disponible sur le marché d’un calibre immédiatement inférieur, soit l’uranium faiblement enrichi (UFE).

Fabrication de combustible d’UFE à teneur élevée

À la suite de ce changement, de nouvelles installations ont été temporairement établies pour démontrer l’utilisation d’équipement de production visant à fabriquer de l’UFE, puis une installation permanente a été établie, connue sous le nom d’installation de fabrication de combustible nucléaire (IFCN). La mise en service de cette installation a été achevée en 1993.

De 1993 à 2018, l’IFCN a produit du combustible de siliciure d’UFE à 19,75 % dispersé dans de l’aluminium (U₃Si‑Al), principalement pour le réacteur NRU.

Le processus de fabrication de ce combustible comprenait les étapes suivantes :

• réception du métal d’UFE dans l’installation, coulage avec du siliciure, et traitement thermique
• écaillage et concassage de l’UFE
• lavage et séchage des éclats d’UFE
• pulvérisation, pesée, mélange avec de l’aluminium et compactage
• extrusion, étirage, redressage, balayage gamma, lavage et séchage sous vide du noyau d’UFE
• revêtement (en aluminium), balayage par courants de Foucault, soudage et balayage par rayons X du noyau d’UFE
• assemblage final en barres de combustible d’UFE

De plus, des plaques expérimentales d’UFE ont été produites dans cette installation, mais n’ont jamais été mises en production.

Ces procédés ont généré des rognures formées de matières excédentaires générées pendant les activités de traitement. Il s’agissait notamment de bavures et scories, de poudres, de matières collées aux pièces de machines qui ont ensuite été détachées, de déblais et morceaux de noyau, d’articles finis ou non qui ne satisfaisaient pas aux exigences d’assurance de la qualité (AQ) et qui n’ont pas pu être réintroduits dans les activités de fabrication, ainsi que d’échantillons dans du plastique.

Projet d’évacuation des rognures de combustible frais

Compte tenu de leur nature, les matières excédentaires nécessitent un lieu d’entreposage à sécurité élevée. L’entretien de ce type d’entreposage est plus coûteux, et l’espace est limité aux LCR. De plus, lors de leur entreposage initial, ces matières n’ont pas été emballées de manière efficiente.

En 2019, on a cerné une occasion de rapatrier ces matières dans le but de les récupérer sous forme d’oxyde. On a comparé le coût du traitement physique, du reconditionnement et de l’expédition de ces matières à leur gestion en tant que déchets au Canada, et le rapatriement s’est avéré une solution permanente plus viable. De plus, il n’a pas été possible d’établir aux LCR une installation pour effectuer les activités de récupération en raison de la quantité relativement faible de matières entreposées.

Les LNC ont conclu un partenariat pour traiter physiquement les matières et leur donner une forme acceptable pour l’installation de récupération. À l’époque, l’IFCN était disponible, et le personnel d’exploitation qui effectuait auparavant les activités de fabrication demeurait aussi disponible. Cette occasion a été très utile pour le projet, car le personnel d’exploitation avait une connaissance approfondie des matières et de la manipulation requise.

L’IFCN avait cessé sa production en 2018, mais continuait de faire l’objet d’une autorisation pendant les activités de nettoyage. La remise en service de l’installation pour le projet de rapatriement a apporté son lot de difficultés. La mise en place des activités a compris l’examen et la mise à jour des documents existants de l’installation, y compris le document sur la sûreté‑criticité, l’acquisition de nouvel équipement, la rédaction de nouvelles procédures et de nouveaux documents de contrôle du travail ainsi que la mise à l’essai de nouveaux processus. Il s’est avéré difficile de trouver des documents détaillés sur les matières, car il s’agissait de rognures qui avaient été accumulées durant de nombreuses années et déplacées à l’intérieur et à l’extérieur de l’installation.

Les matières ont été amenées à l’installation par lots, retirées de vieux conteneurs ou de leur gaine, documentées (au moyen d’un suivi et de photos), désassemblées (au besoin), consolidées et reconditionnées. Au cours de ces activités, on a souvent découvert des articles dont la description physique ne correspondait pas à ce qui se trouvait dans les contenants au moment de leur ouverture, et il a fallu élaborer de nouvelles procédures et de nouveaux processus tout au long de la période d’exploitation du projet.

Colis de transport

La dernière étape du projet consistera à transférer la responsabilité au pays d’origine. Pour ce faire, un nouveau colis de transport est en cours d’homologation au Canada. Au moment de choisir un colis approprié pour le transport de ces matières, les LNC ont évalué les colis utilisés précédemment qui pouvaient contenir ce type de matière. Le colis ES3100 était couramment utilisé sur le site, mais il dispose d’une petite enceinte de confinement primaire qui nécessiterait l’utilisation de nombreux colis et la réalisation de nombreuses expéditions. On a reconnu que le colis de type AF 9979, conçu par le laboratoire national de Savannah River (SRNL), conviendrait, et l’équipe a commencé à collaborer avec le SRNL afin de modifier l’enveloppe de sorte à contenir de plus grandes quantités d’UFE à teneur élevée. En parallèle, les LNC ont sollicité l’homologation au Canada de la version du colis avec son enveloppe originale, et ils soumettront une demande en vue de la mise à jour du certificat lorsque la modification sera terminée.

Cadre de réglementation en matière de sûreté‑criticité nucléaire au Canada

Le REGDOC‑2.4.3, Sûreté‑criticité nucléaire du Canada établit une approche graduelle et tenant compte du risque en matière de sûreté‑criticité nucléaire, garantissant que le Canada est prêt à soutenir la fabrication de combustible de pointe, y compris les activités liées à l’UFE à teneur élevée. Le cadre repose sur des principes de sûreté‑criticité éprouvés, comme l’application du principe de la double contingence, la validation et la vérification rigoureuses de l’analyse de la sûreté‑criticité nucléaire, ainsi que la démonstration du maintien de la sous‑criticité dans toutes les conditions normales et anormales crédibles. Ces principes sont semblables ou comparables aux exigences et dispositions internationales en matière de sûreté‑criticité nucléaire.

Les exigences réglementaires sont fonction de la quantité et de l’importance du risque des matières fissionnables, ce qui garantit la sûreté tout en offrant la marge de manœuvre nécessaire pour s’adapter à l’évolution des technologies et processus de fabrication des combustibles avancés.

Les exigences réglementaires du REGDOC‑2.4.3 ont été mises en œuvre aux Laboratoires Nucléaires Canadiens, et continuent de l’être, afin d’assurer la sûreté‑criticité de toutes les activités mettant en cause des matières fissionnables, y compris la fabrication et la manutention du combustible, l’évacuation des rognures de combustible frais et le transport d’UFE à teneur élevée. La mise en œuvre des exigences en matière de sûreté‑criticité nucléaire souligne l’importance d’un processus rigoureux pour examiner systématiquement les activités proposées afin de définir les conditions normales et de déterminer les événements et séquences d’événements qui correspondent à la plage des conditions anormales crédibles.