Dossier : Les grands défis du nucléaire

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Décryptages

Les réacteurs du futur

Énergie bas carbone et donc utile dans la lutte contre le changement climatique, le nucléaire est confronté à des enjeux de raréfaction de la ressource uranifère et de gestion des déchets radioactifs. Les solutions résident dans l’innovation et le développement de réacteurs de 4e génération utilisant mieux leur combustible.

Circuit primaire du démonstrateur technologique Astrid © CEA

Les réacteurs de 4e génération

Les réacteurs qui fonctionnent aujourd’hui sont de 2e génération. Les réacteurs de 3e génération, déjà en construction, comme en France le réacteur pressurisé européen (EPR) de Flamanville, ne constituent pas une rupture technologique mais ont intégré les retours d’expérience et accru les dispositifs de sécurité. L’objectif de la 3e génération est d’éviter, même en cas d’accident grave, l’évacuation des populations au voisinage de la centrale.

Des recherches sont en cours pour développer des réacteurs de 4e génération plus performants en matière de durabilité des ressources d’uraniumMétal gris, très dense et radioactif, l'uranium est un élément relativement répandu dans l'écorce terrestre et l'eau des océans..., de sûreté, et de prolifération. La recherche est conduite notamment au niveau international au sein du Forum International Génération IV qui rassemble treize pays1.

La recherche sur les réacteurs nucléaires de 4e génération fait l’objet d’une coordination internationale.

 

Le Forum a retenu six technologies de réacteurs :

Les caractéristiques des réacteurs à neutrons rapides

À quantité d’uranium naturel équivalente, les réacteurs à neutrons rapides permettraient de produire au moins 60 fois plus d’énergie que les réacteurs contemporains. La durabilité des réserves mondiales d’uranium change d’échelle et passe de centaines d’années à des centaines de milliers d’années.

Un atout supplémentaire de ces réacteurs à neutrons rapides est la transmutation : la possibilité de réutiliser certains actinides mineurs (principaux contributeurs de la durée de vie et de la toxicité de la radioactivitéDécouverte en 1896 par le physicien français Henri Becquerel, la radioactivité est un phénomène naturel...) pour réduire le volume des déchets les plus radioactifs par 10 et diminuer leur toxicité d’un facteur 100.

La transmutation vise à casser le noyau lourd d'un élément (plutonium, neptunium, américium ou curium), qui reste radiotoxique pendant des centaines de milliers d'années, en deux noyaux plus légers, qui perdront leur radioactivité en quelques siècles. En moins de 500 ans, ils peuvent retrouver un niveau de radioactivité équivalent à celui de l’uranium naturel utilisé pour fabriquer les combustibles nucléaires actuels (Voir le décryptage : « Le cycle du combustible »).

La France : pionnière dans cette filière

Dès 1959, la France avait étudié les réacteurs à neutrons rapides et mis en service en 1986 Superphénix. Exploité pendant onze ans, ce réacteur a permis d’acquérir une première expérience dans l’utilisation du sodium en fluide caloporteur (voir encadré).

La France et les réacteurs à neutrons rapides Dès 1959 le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) a commencé la construction d’un prototype de réacteur à neutrons rapides : RAPSODIE (40 MWth) a démarré en 1967 et a été arrêté en avril 1983. Ce fut ensuite PHENIX, prototype industriel de 250 MWe, qui a fonctionné de décembre 1973 à février 2010. Son démantèlement est en cours. Enfin SUPERPHENIX (1240 MWe) qui fut couplé au réseau en janvier 1986. Son fonctionnement a été perturbé par plusieurs incidents techniques et de nombreuses oppositions. Un arrêté ministériel du 30 décembre 1998 imposa son arrêt définitif.

 

Le sodium montre une faible activation sous les neutrons, ce qui réduit la quantité de déchets radioactifs. Il offre également d’excellentes garanties de sûreté notamment face aux incidents de perte de source froide externe. Cependant, le sodium est fortement réactif à l’eau et l’air.

Le déploiement industriel de réacteurs à neutrons rapides de 4e génération refroidis au sodium nécessite la qualification préalable, à une échelle représentative, des diverses avancées technologiques appelées par les objectifs de performance assignés à cette nouvelle génération. C'est dans ce contexte que le projet de construction du démonstrateur technologique Astrid a vu le jour. Sa puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... (1 500 mégawatts thermiques, soit 600 mégawatts électriques environ) a été définie pour concilier une flexibilité d’utilisation suffisante et la nécessaire représentativité au regard des principaux aspects industriels. Le projet Astrid vise ainsi à préparer le futur et faire en sorte qu’une filière de 4e génération atteigne une maturité technologique pour la seconde moitié de ce siècle en France2

L’énergie du soleil

Les chercheurs travaillent également sur des réacteurs en rupture totale avec la technologie actuelle : la fusion nucléaireLa fusion nucléaire désigne le phénomène par lequel deux atomes fusionnent en un atome plus lourd en dégageant de l'énergie... (Voir le dossier : « La fusion nucléaire »). L’objectif est de reproduire sur Terre la production d’énergie solaire en fusionnant des noyaux très petits, des isotopesLes atomes d’un même élément peuvent comporter un nombre différent de neutrons tout en conservant le même nombre de protons... de l’hydrogèneL'hydrogène est l'atome le plus simple et le plus léger. C'est l'élément de très loin le plus abondant de l’univers. (le deutérium et le tritium). Un premier prototype devrait en démontrer la faisabilité technique dans 15 ans.

 

Sources

(1) Generation IV International Forum

(2) Projet Astrid-CEA