[Nucléaire] Le point sur les réacteurs de Génération 4

[Tovi]

yzy croient au nuke, 25 % !

Sels fondus et thorium : avenir du nucléaire ?

A Grenoble, des chercheurs du CNRS étudient les avantages et les inconvénients d'une filière nucléaire en émergence.

Explications.
Dans la vallée grenobloise, entouré des montagnes du massif du Vercors, le polygone scientifique regroupe de nombreux laboratoires nationaux et internationaux - tels le Synchrotron et l'Institut Laue-Langevin - spécialisés dans les études de structure de la matière. C'est dans ce cadre montagnard et boisé que se trouve le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC)1.
Un grand calme règne dans le bâtiment. Là, la quinzaine de chercheurs, enseignants-chercheurs et thésards du groupe de Physique des réacteurs, dirigé par Roger Brissot, élabore des scénarios pour le nucléaire du futur. L'un d'eux met en scène un nouveau protagoniste qui suscite beaucoup d'intérêt : le réacteur à sels fondus associé au thorium.
Pour Jean-Marie Loiseaux et Daniel Heuer, physiciens du nucléaire de l'équipe, comme pour l'ensemble des experts, en 2050, les énergies fossiles ne devraient plus représenter que 40 % de la production énergétique, effet de serre et épuisement des réserves obligent. Il faudra combler les besoins. « S'il ne peut être écarté des options futures, un développement de la filière du nucléaire ne pourra pas reposer sur le modèle actuel.
Il devra répondre aux exigences fortes de sécurité, de compétitivité énergétique et d'un développement durable passant par une meilleure gestion des déchets radioactifs et des réserves naturelles », commente Daniel Heuer. Si elle doit devenir une option compétitive, nous estimons que l'énergie nucléaire devra représenter 25 % de la production mondiale d'énergie en 2050 soit sept à dix fois plus que sa valeur actuelle », poursuit Jean-Marie Loiseaux.
Les chercheurs tentent donc d'imaginer les solutions possibles. Premier scénario : la continuité du développement des réacteurs à eau pressurisée (REP) actuels qui fonctionnent avec l'uranium enrichi comme combustible. Problème : « Cela n'est pas compatible avec un développement durable, commente Daniel Heuer. En effet, les réserves de vingt millions de tonnes d'uranium dans la nature seraient totalement épuisées en quarante à soixante-dix ans. » Par ailleurs, l'option REP génère des quantités très importantes de plutonium et de déchets radioactifs : les actinides mineurs (américium, curium et neptunium) très difficiles à recycler.
Deuxième scénario : le développement de réacteurs à neutrons rapides (RNR)
« régénérateurs ou surgénérateurs » qui utilisent comme combustible le plutonium produit par les réacteurs à eau pressurisée. Avantage : il produit plus de matière fissile qu'il n'en consomme.
Ce scénario permettrait une multiplication des réacteurs, mais ne suffirait pas pour atteindre raisonnablement la production envisagée pour 2050. S'il permet le recyclage du plutonium, il présente l'inconvénient majeur de le faire circuler en très grande quantité, ce qui rend la filière difficile à gérer et son acceptation sociale encore plus délicate.
Comme les deux premiers scénarios ont leurs faiblesses, les chercheurs se sont penchés sur une nouvelle filière : les réacteurs à sels fondus (RSF) régénérateurs associés au cycle du thorium. « Nous sommes partis sur l'idée simple, explique Jean-Marie Loiseaux, que la meilleure façon de gérer les déchets du nucléaire c'est d'en produire le moins possible.
La filière du thorium est, dans ce sens, prometteuse. » Les réacteurs à sels fondus utilisent, à la différence des autres, un combustible liquide. Comme il circule, il fait aussi office de « transporteur de chaleur». Il permet par ailleurs, sans qu'on ait besoin d'aller au cœur du réacteur, de récupérer directement tout au long du circuit les produits de fission qui l'empoisonnent.
Ce combustible est un mélange de fluorures d'uranium 233, un isotope de l'uranium, et de thorium 232, un des deux noyaux fertiles2 présents dans la nature. L'uranium 233 qui n'existe pas à l'état naturel peut être remplacé pour le démarrage du réacteur par de l'uranium 235 ou du plutonium.
Dans le premier cas, la mise en oeuvre est compliquée et peu efficace et dans le second, on produit énormément d'actinides mineurs radioactifs.
La solution ? Produire l'uranium 233 à partir d'un REP utilisant partiellement du thorium au lieu de l'uranium.
À Orsay, des chercheurs de l'Institut de physique nucléaire se consacrent tout particulièrement à l'étude de ce mode de production. Cette filière « réacteurs à sels fondus-thorium » présente trois avantages de taille. Tout d'abord, les RSF nécessitent dix fois moins de matière fissile pour démarrer que les RNR.
Les actinides mineurs sont produits en quantité nettement moindre. Et enfin, les produits de fission et les actinides qui restent peuvent être retraités en continu. Forts de ces résultats, les chercheurs ont bâti un troisième scénario.
Un seul REP au thorium fournit pendant sa durée de vie (40 ans) de quoi démarrer quatre réacteurs à sels fondus. Mais aussi du plutonium pour les RNR si cette filière est aussi retenue pour ses performances d'une utilisation complète et optimisée du plutonium. À quoi pourrait ressembler le nucléaire du futur ?
La solution serait donc de se diriger - pour 25 % des besoins mondiaux - vers un parc hétérogène de réacteurs nucléaires complémentaires. « Ce scénario nous plaît bien, conclut Jean-Marie Loiseaux. On n'utilise que 10 à 20 % des réserves naturelles d'uranium et on recycle les déchets en les incinérant dans des réacteurs appropriés. De plus, cette filière est beaucoup plus facile à gérer. »
Parallèlement, les scientifiques cherchent à mettre au point les caractéristiques physiques des différents de réacteurs. Peren, par exemple, une plate-forme récemment installée au LPSC, est dédiée à la neutronique.
Elle va permettre aux chercheurs de valider certaines données concernant les composants du RSF comme la mesure des propriétés de ralentissement des neutrons, l'extraction des produits de fission et le retraitement des déchets. Roger Brissot, responsable du groupe, insiste : « Notre groupe repose sur une indispensable complémentarité. Nous avançons grâce aux résultats à la fois des simulations et des expériences. C'est ainsi que nous avons établi que le RSF devrait être démarré à partir de l'uranium 233.
C'est sur ce résultat que nous avons bâti le scénario d'utilisation de ce type de réacteurs qui, peu à peu, est accepté au niveau national et même européen. » En effet, dans le cadre d'un programme européen, le CNRS en collaboration avec EDF prévoit de réaliser un démonstrateur du RSF au thorium dans les quinze années à venir. Une recherche d'importance puisque ce réacteur est aussi l'un des six concepts retenus pour la génération IV3. « Si nous prêtons une attention particulière au thorium, commente Jean-Marie Loiseaux, nous tenons à conserver une expertise sur l'ensemble des solutions. »
Et il ajoute : « Les choix énergétiques doivent être logiques et non dirigés par les seuls intérêts économiques des industriels du secteur. C'est la raison pour laquelle il est important qu'une recherche académique soit menée4. Elle doit être le garant d'une transparence et d'une diffusion objective des connaissances. » Le nucléaire du futur et la filière du thorium figurent ainsi parmi les douze thèmes du programme Énergie du CNRS.
Stéphanie Belaud

[GillesH38]

c'est bien la preuve que ces réacteurs sont encore au stade d'expérimentations fondamentales, je connais justement assez bien ces estimés collègues.Leur boulot est un boulot de scientifique, ils ne sont ni spécialistes de l'économie, ni de la politique. Et assez peu des problemes spécifiques des fossiles, par exemple que le nucléaire ne fait pas grand chose pour remplacer le pétrole.

Pour info, le CEA est sur une toute autre ligne, comme le rappelait Berthier, il mise sur les RNR a sodium. Comme je disais, on n'est pas rendu.

[energy_isere]

..... par exemple que le nucléaire ne fait pas grand chose pour remplacer le pétrole.
.

certes, mais c'est pas la motivation de cette recherche. Tu auras bien saisi qu' il s' agit de faire durer le plus longtemps possible les réserves d' Uranium, ET, de produire moins de déchets à vie longue.

[Berthier]

c'est bien la preuve que ces réacteurs sont encore au stade d'expérimentations fondamentales, je connais justement assez bien ces estimés collègues.Leur boulot est un boulot de scientifique, ils ne sont ni spécialistes de l'économie, ni de la politique. Et assez peu des problemes spécifiques des fossiles, par exemple que le nucléaire ne fait pas grand chose pour remplacer le pétrole.

Pour info, le CEA est sur une toute autre ligne, comme le rappelait Berthier, il mise sur les RNR a sodium. Comme je disais, on n'est pas rendu.

Le nucléaire remplace le pétrole dans le transport : voiture hybride rechargeable, voiture électrique, basculement de l'avion sur le TGV.

Le CEA mise en effet sur Les RNR-Na et les Réacteurs à gaz. Néanmoins je ne crois pas qu'il exclut les RSF qui constituent une filière complémentaire. Le CEA défend les RNR-G devant les RNR-Pb, comme alternative possible au RNR-Na. Un bilan sera fait en 2012.

On a donc trois filières de nucléaire durable.
RNR-Na déployable dès aujourd'hui en Russie, à partir de 2015 en France.
RSF démonstrateur en 2023, déployable vers 2030
RNR-G démonstrateur vers 2020 déployable vers 2030

Ce serait vraiment pas de chance qu'aucune ne perce.

[parisse]

Ce serait aussi interessant de connaitre le cout du kWh avec une de ces filieres RNR potentielles. Et bien sur, quelle quantite d'energie en %age, ils sont susceptibles de produire disons d'ici 2050. Gilles, pourrais-tu nous rappeler pour combien de reacteurs on a du plutonium disponible aujourd'hui? Avec un temps de doublement de 25-30 ans, on devrait pouvoir estimer grosso-modo l'energie qu'on peut produire dans le meilleur des cas. En tout cas, ça m'étonnerait que ca change quoi que ce soit d'ici 2030, et donc à la problématique du peakoil dans les 2 prochaines décennies.

[Superdiesel]

Pour la mise en route industrielle de la nouvelle génération, on aura atteint depuis un moment le pic pétrolier, donc le prix de pétrole sera déjà assez élevé, ce qui augmentera les coûts de production de ces centrales qui devront faire payer l'électricité plus chère pour amortir la construction sans compter le coût de démantèlement. Et plus on fabriquera de centrales, plus les coûts de démantèlement seront élevés.

Il y a pas de doute pour moi, il faudra économiser son électricité. Les habitations à énergie positives ou nulle, les ampoules à LED, sont un marché ultra porteur dans le futur.

[GillesH38]

Le nucléaire remplace le pétrole dans le transport : voiture hybride rechargeable, voiture électrique, basculement de l'avion sur le TGV.

tu raisonnes dans un monde qui n'existe pas , et dont personne n'est sur qu'il existera un jour. Si on peut decider de construire un réacteur nucléaire, on ne peut pas décider que tout le monde se convertira en masse au VE. Et un décideur a besoin d'etre sur que son électricité aura des acheteurs, il ne peut pas raisonner en fonction de ce qu'il aimerait qu'il se passe. Le jour ou le VE aura le succès du téléphone portable, on en rediscutera.

Le CEA mise en effet sur Les RNR-Na et les Réacteurs à gaz. Néanmoins je ne crois pas qu'il exclut les RSF qui constituent une filière complémentaire. Le CEA défend les RNR-G devant les RNR-Pb, comme alternative possible au RNR-Na. Un bilan sera fait en 2012.

On a donc trois filières de nucléaire durable.
RNR-Na déployable dès aujourd'hui en Russie, à partir de 2015 en France.
RSF démonstrateur en 2023, déployable vers 2030
RNR-G démonstrateur vers 2020 déployable vers 2030

Ce serait vraiment pas de chance qu'aucune ne perce.

déployable ne veut en aucun cas dire avoir tout de suite des milliers de surgénérateurs qui fleurissent aux 4 coins de la planète !

en 2030, le PO aura 20 ans . On aura deja moitié moins de pétrole par habitant. Tu vas dire que justement, tout le monde aura un VE. Peut etre plutot que plein de monde sera au chomage, que la plupart des gens habiteront plus pres de leur lieu de travail, partiront beaucoup moins loin en vacances, et ne seront pas spécialement interessés par plus d'électricité.

[GillesH38]

Ce serait aussi interessant de connaitre le cout du kWh avec une de ces filieres RNR potentielles. Et bien sur, quelle quantite d'energie en %age, ils sont susceptibles de produire disons d'ici 2050. Gilles, pourrais-tu nous rappeler pour combien de reacteurs on a du plutonium disponible aujourd'hui?

Quelques centaines , je crois. C'est pas totalement impossible en demarrant des maintenant d'en avoir des milliers en 2050, parce qu'apparemment le thorium permet des temps de doublement plus courts. Mais encore une fois pour le moment ça reste une filière hypothétique.
En réalité quand on parle de 25 % de la production énergétique, c'est aussi dans une perspective de croissance de 2% par an, qui conduirait à doubler la production d'énergie totale. On est donc à une multilplication par 15 à 20 du nombre de réacteurs actuels , soit 7 à 10000 surgénérateurs. il faut donc un temps de doublement de 10 ans - donc deja en avoir 1000 en 2020, c'et à dire entreprendre des maintenant des projets de construction massive de surgénérateurs au Pu et de REP au thorium, aux 4 coins du monde !!

J'aimerais bien savoir où sont les projets correspondants ! tout ça me parait tres théorique....

[Aerobar]

Il n'y a pas urgence dès lors qu'on considère que les réserves en U et en Pu sont largement supérieures à celles publiées sur le Net.

Les partisans de la théorie du Peak U/Pu imminent sont soit des anti-nucléaires, soit des piquistes universels prétendant que l'épuisement des ressources minières de la planète est proche (et que la civilisation industrielle s'effondrera par conséquence).

Par contre, aucun d'entre eux n'est géologue.

[sylva]

On a donc trois filières de nucléaire durable.

ah ça pour sûr, que le nuc est durable... surtout ses déchets !

[GillesH38]

Il n'y a pas urgence dès lors qu'on considère que les réserves en U et en Pu sont largement supérieures à celles publiées sur le Net.

Les partisans de la théorie du Peak U/Pu imminent sont soit des anti-nucléaires, soit des piquistes universels prétendant que l'épuisement des ressources minières de la planète est proche (et que la civilisation industrielle s'effondrera par conséquence).

Par contre, aucun d'entre eux n'est géologue.

en l'occurence, c'est un spécialiste de physique nucléaire qui dit que les réserves conventionelles en U ne sont pas suffisantes !

quant aux réserves en Pu, les naturelles sont strictement nulles, vu qu'il se désintegre en quelques dizaines de milleirs d'année Et pour le Pu civil, je ne pense pas qu'il y aie beaucoup de mystère sur la quantité extraite et retraitée, à part quelques réacteurs nucléaires militaires un peu secret dédié pour le Pu militaire, le reste, c'est pas tres facile à dissimuler....

PS : je pense qu'il n'est pas raisonnable de ne pas etre "piquiste universel" pour toutes les ressources minérales, vu que je vois difficilement comment la production pourrait croitre indéfiniment.... on peut juste discuter de la date !

mais je rappelle une caractéristique UNIVERSELLE d'une croissance exponentielle à taux constant : le temps qu'on met pour épuiser une ressource A dépend essentiellement du taux de croissance , et secondairement (logarithmiquement) du montant de la réserve. La formule exacte étant que le temps qu'on met à épuiser la ressource est

T=t1/2 /0,7 * ln (1+ 0,7*tR/t1/2)

où t1/2 est le temps de doublement de la croissance ( = 70/k où k est le taux de croissance en % /an) , et tR le temps de réserves initial

par exemple pour +2% par an t1/2 = 35 ans.

Cette formule est fondamentale puisqu'elle montre que c'est le taux de croisance qui determine essentiellement le temps d'épuisement et tres secondairement le temps de réserves initial. Les géologues sont utiles pour connaitre tR, mais ça ne change au mieux que de quelques T1/2 donc quelques décennies le moment de l'épuisement, si la croissance devait se poursuivre. Fin de l'aparté mathématique .

[kercoz]

je pense qu'il n'est pas raisonnable de ne pas etre "piquiste universel" pour toutes les ressources minérales, vu que je vois difficilement comment la production pourrait croitre indéfiniment.... on peut juste discuter de la date !

Cette stigmatisation du piquiste fait penser , soit a du négationnisme , soit a du service commandé.

[Aerobar]

Cette stigmatisation du piquiste

Quel autre terme employer ? Pourquoi serions-nous PROCHES d'un épuisement SIMULTANE de toutes les ressources naturelles, alors que l'humanité n'a pas prospecté la planète de façon homogène et avec la même intensité au cours des siècles ?

Quant aux réserves de Pu, nous parlions bien entendu des réserves militaires, sur lesquelles les informations ne sont étrangement pas accessibles malgré Google.

c'est un spécialiste de physique nucléaire qui dit que les réserves conventionelles en U ne sont pas suffisantes !

Sans nul doute, mais la taille des réserves dépend du prix auquel on accepte de payer le minerai. On est d'accord sur le fait que les réserves conventionnelles au prix de l'uranium actuel ne sont pas suffisantes pour tenir cent ans. Mais comme on l'a déjà expliqué, ces réserves sont probablement très en-deçà de la quantité d'uranium qu'on extraira de la planète d'ici 2100. Rappelons que, depuis dix ans, on n'a pas consacré à l'uranium plus de 10% de l'effort de prospection en minerais (hors fer et charbon) :

[kercoz]

Quel autre terme employer ? Pourquoi serions-nous PROCHES d'un épuisement SIMULTANE de toutes les ressources naturelles,

Si j'ai bien compris pour des raisons de transfert: Qd le petrole va manquer , le charbon qui en avait pour un siecle va etre pris d'assaut et se voir piller en 30 ans (a confirmer ces estimations!). L'acharnement a vouloir conserver notre modèle n'autorisera meme pas un sursit a nos enfants .

[GillesH38]

Cette stigmatisation du piquiste

Quel autre terme employer ? Pourquoi serions-nous PROCHES d'un épuisement SIMULTANE de toutes les ressources naturelles, alors que l'humanité n'a pas prospecté la planète de façon homogène et avec la même intensité au cours des siècles ?

il y a une raison, celle que j'ai expliquée à la fin de mon post = avec une croissance exponentielle, tout s'épuise en quelques temps de doublement. 4 fois plus de réserves ne donne qu'un délai de 70 ans par exemple; c'est une tres bonne raison pour qu'on aie l'impression que tout s'épuise plus ou moins en meme temps.

En réalité, il est probable que l'épuisement des ressources les plus contraignantes joue d'abord (en premier lieu le pétrole) et conduise à une régression générale de la société, qui rende ensuite l'épuisement des autres ressources secondaires, la consommation baissant de façon générale. par exemple moins de pétrole -> moins de voiture -> moins de besoin en platine pour les catalyseurs, etc...

mais le saut psychologique est d'arrêter de penser que la croissance est universelle et qu'on cherchera toujours des ressources de plus en plus chères pour la satisfaire. C'est faux pour le pétrole, ce sera faux aussi pour l'uranium et pour le reste. La croissance n'est qu'un phénomène temporaire permis par l'abondance de ressources bon marché, elle se termine avec la fin de cette abondance.