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Le nucléaire
du futur
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GénéralitésLes filières de demain…Même si les réacteurs à eau sont actuellement dominants, plusieurs types de réacteur possédant des avantages spécifiques pourraient un jour les concurrencer… Les réacteurs à haute température (RHT)Les RHT sont des réacteurs à neutrons thermiques, modérés par une large masse de graphite et refroidis par circulation d’hélium. Ils emploient un combustible original, conçu initialement en Grande-Bretagne, la « particule enrobée ». Ce combustible constitué de carbone et de céramique permet de constituer des coeurs très réfractaires, fonctionnant à haute température, ce qui ouvre la possibilité de cycles thermodynamiques à haut rendement. La grande liberté offerte au concepteur par le combustible à particules rend ce type de réacteur apte à s’accommoder d’une large variété de cycles du combustible. Plusieurs prototypes de RHT ont été développés aux États- Unis et en Allemagne. Rendus attractifs par les récents progrès des turbines à gaz, ils sont actuellement étudiés sous la forme de petits réacteurs modulaires refroidis par un circuit d’hélium directement couplé à une turbine. Dotés d’une grande inertie thermique, les RHT sont particulièrement sûrs, ce qui pourrait autoriser une simplification de leurs systèmes de sécurité ; leur excellent rendement thermodynamique devrait permettre d’amortir rapidement un coût d’investissement encore élevé dû à leur faible puissance volumique. Les réacteurs à neutrons rapides (RNR) Formation d’un noyau de plutonium 239 (fissile) par capture
d’un neutron sur l’uranium 238 (non fissile). Le phylum des réacteurs nucléaires Le grand atout des réacteurs à neutrons rapides réside dans leur capacité de fabriquer autant ou plus de matière fissile qu’ils en consomment. Les réacteurs à neutrons rapides surgénérateurs peuvent donc, par recyclages successifs, utiliser la quasi-totalité de l’énergie contenue dans l’uranium, cent fois plus qu’un réacteur à eau ordinaire. À titre de comparaison, un REP-UOX typique (1GWe) a besoin de 110 t d’uranium naturel par an et produit 0.25 t de plutonium par an. Un RNR régénérateur de même puissance aurait besoin de 15 à 20 t de Pu (constamment régénérés), et consommerait seulement environ 1 à 2 t d’uranium naturel par an. Les RNR pourraient même fonctionner en utilisant l’important stock d’uranium appauvri actuellement inutilisé par le parc de réacteurs à eau. Les RNR résolvent donc le problème des ressources. Dans les réacteurs à spectre thermique, les actinides capturent souvent les neutrons sans fissionner, ce qui aboutit à la formation de noyaux de plus en plus lourds, tous radioactifs, qui grèvent le bilan en neutrons du réacteur et qu’on retrouve dans les déchets. Dans les réacteurs à spectre rapide, capture et fission coexistent pour tous les actinides, ce qui offre la possibilité d’équilibrer leur bilan. Toujours pour comparer, un REP-UOX classique (1GWe) consomme 16 kg d’actinides mineurs. Le recyclage du Pu sous forme de MOX permet de stabiliser l’inventaire Pu, mais les actinides mineurs ne sont pas brûlés et s’accumulent. Un RNR régénérateur de même puissance peut consommer les actinides mineurs qu’il produit. Avec ce type de système, le nucléaire peut donc gagner en propreté. Les seuls RNR sur lesquels on ait un retour d’expérience significatif sont (ou étaient) refroidis par du sodium liquide. C’est un excellent caloporteur, très peu corrosif des aciers inoxydables quand il est pur, mais qui s’enflamme spontanément à l’air et réagit vivement avec l’eau. Les Russes étudient des modèles de RNR refroidis par plomb fondu, tandis que les Français rouvrent, après l’arrêt de Superphénix [1], le dossier des RNR refroidis à l’hélium. Le coût d’investissement des RNR est plus élevé que celui des REP de même capacité. Les RNR n’ont donc de chance d’émerger que si – ou quand – leur qualité spécifique, l’économie de matière fissile, devient un facteur clé de succès. Dans un futur plus lointain…Pour compléter la liste des réacteurs futurs possibles, il faut enfin mentionner les réacteurs à sels fondus et les « ADS » (Accelerator Driven Systems), réacteurs hybrides couplés à un accélérateur de protons [2]. La technologie nucléaire est jeune, et les idées ne manquent pas pour l’adapter aux nouvelles exigences mondiales en matière d’énergie et d’environnement. Ce qui est sûr, c’est qu’il n’y aura de nucléaire durable que dans le cadre d’une stratégie de gestion responsable des déchets radioactifs et de recyclage des matières fissiles et fertiles. Petite histoire des générations nucléaires
La première génération de réacteurs a vu le jour alors que la technologie industrielle d’enrichissement de l’uranium n’était pas encore développée. Les réacteurs devaient pouvoir fonctionner à l’uranium naturel (non enrichi), d’où l’utilisation de modérateurs absorbant très peu les neutrons, tels que le graphite ou l’eau lourde. C’est ainsi que la filière*, dite « Uranium Naturel Graphite Gaz » (UNGG), a été développée en France. La deuxième génération de réacteurs, déployée dans les années soixante-dix-quatre-vingt, constitue la majorité du parc mondial aujourd’hui en exploitation. Cette période fut celle des réacteurs à eau pressurisée REP et réacteurs à eau bouillante REB. Le fonctionnement cumulé de plus de 10 000 années-réacteur au niveau mondial prouve la maturité industrielle et la compétitivité économique de cette technologie. Le parc de 58 réacteurs à eau pressurisée dont dispose la France appartient à cette seconde génération. La troisième génération représente l’état de l’art industriel constructible le plus avancé. Il s’agit de réacteurs dits « évolutionnaires », qui bénéficient du retour d’expérience et de la maturité industrielle des réacteurs à eau de la seconde génération, tout en intégrant des spécifications encore plus avancées en matière de sûreté. Enfin, le développement de la quatrième génération est engagé dès à présent, dans un cadre international et avec l’objectif d’amener ces nouveaux systèmes à maturité technique, dans la perspective d’un déploiement industriel à l’horizon 2030. Ces systèmes ont pour but de répondre aux enjeux d’une production d’énergie durable, dans une vision à long terme, et notamment de minimiser les déchets radioactifs et d’utiliser au mieux les ressources naturelles en combustible, ainsi que de répondre à de nouveaux besoins en énergie : non seulement la production d’électricité, mais aussi l’hydrogène pour les transports et l’eau potable par dessalement de l’eau de mer… Ces systèmes ont déjà évolué et comportent des innovations technologiques importantes (on peut les appeler « révolutionnaires »). Elles nécessiteront une vingtaine d’années de développement. [1]À Creys-Malville (Isère).
[2]Voir infra, « Autres voies ». |
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