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Nucléaire : le point sur les différentes technologies

ENERGIE - Dépêche
France

Le réacteur nucléaire de quatrième génération, dont Jacques Chirac a souhaité jeudi le développement d'un prototype, devrait en principe constituer la dernière machine à fission, avant le passage -si la faisabilité en est démontrée- à l'étape de la fusion. Rappel des principales technologies utilisées depuis les années 50.

"Il faut préserver notre avance dans le nucléaire", a souligné le chef de l'Etat lors de la présentation des voeux aux forces vives de la nation. "J'ai décidé de lancer la conception, au sein du Commissariat à l'énergie atomique (CEA), d'un prototype de réacteur de 4ème génération, qui devra entrer en service en 2020. Nous y associerons les partenaires industriels ou internationaux qui souhaiteront s'engager."

A l'heure actuelle, le nucléaire civil en est à sa deuxième génération, "descendante" des premières centrales des années 1950. En raison des limites technologiques qui ne permettaient pas encore de procéder à l'enrichissement d'uranium, mais aussi de la volonté de certaines nations de se doter d'armes nucléaires nécessitant la production de matières fissiles, ces réacteurs devaient fonctionner à l'uranium naturel.
Les premières installations ont vu le jour principalement aux Etats-Unis, en Russie et en France. Le premier réacteur français a démarré en 1956 à Marcoule (Gard), suivi de trois autres à vocation militaire, puis de six autres à caractère électrogène, qui ont fonctionné jusque dans les années 1970.

La deuxième génération est celle qui fait fonctionner la totalité du parc électronucléaire français (58 réacteurs) et la majeure partie du parc mondial. Elle a vu le jour au moment du choc pétrolier pour diminuer la dépendance vis à vis des énergies fossiles, tout en rendant l'énergie nucléaire plus compétitive.
Cette génération correspond notamment aux réacteurs à eau légère sous pression (REP, utilisés notamment en France) et à eau bouillante (dont une version russe, RBMK, est à l'origine de la catastrophe de Tchernobyl, de 1986).

La troisième génération est d'ores et déjà en cours de préparation avec l'implantation du "demonstrateur" du réacteur européen à eau sous pression EPR (European Pressurised water Reactor) à Flamanville (Manche). Issu d'un projet franco-allemand et marqué par la volonté de renforcer la sûreté, l'EPR devrait fournir ses premiers kilowattsheures au réseau électrique vers 2010-2012.

Selon Philippe Pradel, directeur de l'Energie nucléaire au CEA, la quatrième génération doit être basée sur deux grands principes, "la compétitivité et la sûreté", et permettre notamment un "plein recyclage" des déchets radioactifs. Une dizaine de pays, dont les Etats-Unis, la France et le Japon étudient déjà ce concept.
Par ailleurs, note M. Pradel, ce futur réacteur pourrait devenir aussi une source de production d'une autre énergie du futur, l'hydrogène.

La quatrième génération sera théoriquement la dernière avant le passage à la fusion nucléaire, inspirée du Soleil. Les scientifiques pourront étudier cette technologie du futur lointain grâce au réacteur de fusion thermonucléaire expérimental international ITER, qui sera construit en France, à Cadarache (Bouches-du-Rhône).

(06/01/2006)

Glycogène a écrit :La génération 4, ce n'est pas le surgénérateur à l'uranium ou au thorium ?

Le point de vue de la Société française de l'Energie Nucléaire (SFEN, http://www.sfen.org/)

Pour préciser ce que pourront être dans l'avenir les perspectives ouvertes à l'industrie et au gouvernement français (perspectives d'ailleurs peu différentes de celles s'offrant aux pays européens acceptant d'investir dans le nucléaire), il est intéressant de se référer aux conclusions d'une conférence tenue par la SFEN en avril 2004 sur le thème Nucléaire du XXIe siècle, Réacteurs et cycles du combustible de 4e génération. Constatons que l'industrie nucléaire française, sans doute soucieuse de ne pas s'attirer les critiques des écologistes, n'a pas donné beaucoup de publicité à ces propos, pourtant du plus haut intérêt et méritant d'être discutés avec objectivité. Ces conclusions étaient les suivantes, telles que nous les ré-interprétons ici pour une meilleure information du lecteur:

- Dans un contexte de forte demande énergétique, où toutes les sources d'énergie seront nécessaires pour satisfaire les besoins en énergie primaire à l'échelle mondiale, le Forum Generation IV (précité ci-dessus) constitue le cercle de réflexion international le plus actif pour définir le cahier des charges du nucléaire après 2030, et pour sélectionner les technologies les mieux à même de satisfaire ce cahier des charges.

- Les critères de la sélection des réacteurs nucléaires ne sont plus les mêmes que ceux qui ont prévalu lors de leur grand déploiement dans les années 70. Il s'agissait alors de fournir en urgence de l'énergie électrique pour faire face aux chocs pétroliers. Cette urgence n'avait pas conduit à sous-estimer comme en URSS les risques, mais néanmoins différentes options prises alors ne sont plus reconductibles, tant au plan technique qu'économique, ou en ce qui concerne les déchets. Les enjeux du nucléaire de 4e génération sont différents et seuls à même de permettre un développement énergétique durable à l'échelle de la planète.

- Il faut aujourd'hui rechercher un nucléaire qui s'inscrive dans une durée séculaire (non exclusive cependant de l'arrivée de la fusion en fin de période), avec des cycles du combustible utilisant au mieux les ressources fissiles, et produisant un minimum de déchets. La sécurité des réacteurs doit être encore accrue, notamment pour faire face aux nouveaux risques (attentats par voie aérienne notamment). Enfin le champ des applications doit être élargi au-delà de la production d'électricité et permettre notamment la production d'hydrogène. On rappellera à cet égard que l'énergie-Hydrogène prônée par certains économistes (notamment Jeremy Rifkin) n'a pas de sens si ce gaz est obtenu à partir de l'énergie pétrole. Seul le nucléaire offre une solution acceptable.

- Les futurs réacteurs seront en rupture avec les réacteurs à eau de 2e et de 3e génération. Il s'agira de fonctionner à des conditions encore considérées aujourd'hui comme extrèmes: production de neutrons rapides (hautement énergétiques), haute température, recyclage de tout le combustible. Ces difficultés doivent être considérées non pas comme des obstacles mais comme un enjeu de première grandeur pour des organismes de recherche comme le CEA et le CNRS en France. Elles exigent aussi de coopérer au plan international pour partager l'effort de recherchedéveloppement en vue de réaliser les ruptures technologiques nécessaires.

Dans ces conditions, que sera la participation française au Forum Génération IV?

Toujours selon la SFEN, en conclusion d'une analyse stratégique réalisée fin 2000, qui prend en compte l'expérience acquise en France et en Europe sur les filières (neutrons rapides, réacteurs à haute température), ainsi que les objectifs stratégiques des partenaires industriels, la participation française au Forum Generation IV se situera principalement dans trois domaines :

- Le développement d'une gamme technologique gaz avec le VHTR (Very High Temperature Reactor) et le GFR (Gas-cooled Fast Reactor)(1)

- le soutien au développement d'une nouvelle génération de systèmes à neutrons rapides refroidis au sodium (ce qui supposera que les problèmes de fuite du coolant, qui avaient servi de prétexte à la fermeture de Super-Phoenix, soient résolus),

- le développement de nouveaux procédés pour le cycle du combustible permettant le recyclage de tous les actinides(2) avec une résistance suffisante aux risques de prolifération.

Par ailleurs, les industriels et laboratoires français participeront en réseau à une activité d'évaluation de filières plus prospectives : systèmes refroidis à l'eau supercritique (SCWR) et réacteurs à sels fondus (MSR).

Les grands enjeux à l'international pour les prochaines années seront :

- d'être des partenaires majeurs du consortium qui développera le VHTR dans le cadre du Forum, et le Next Generation Nuclear Plant qui devrait en être un premier démonstrateur vers 2015,

- de lever les verrous technologiques du GFR en coopération avec les partenaires européens, américains et japonais,

- de valoriser l'expertise acquise sur les réacteurs rapides au sodium à travers le développement avec le Japon d'une nouvelle génération de SFR,

- de valoriser également l'expérience acquise sur les combustibles pour la transmutation et les procédés du cycle, afin notamment de gérer globalement les actinides dans le système Génération IV.

Notes :
Les six concepts de réacteurs Generation IV actuellement sélectionnés par le Forum International sont les suivants (source SFEN) :

1. VHTR (Very High Temperature Reactor) : réacteurs à neutrons thermiques de petite taille, refroidis à l'hélium à très haute température (1000/1200 °C), dédiés à la production d'hydrogène ou à la cogénération hydrogène-électricité. Framatome développe dans ce sens un projet décrit par la note Antares http://www.iaea.org/inis/aws/htgr/fullt ... 04_a10.pdf

2. GFR (Gas-cooled Fast Reactor) : réacteurs à neutrons rapides de petite taille, refroidis à l'hélium, surgénérateurs

3. SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) : réacteurs à neutrons rapides, refroidis au sodium, surgénérateurs. Deux options sont développées : puissance unitaire de 150 à 500 MWe d'une part, de 500 à 1200 MWe d'autre part.

4. SCWR (SuperCritical Water-cooled Reactor) : réacteurs à eau supercritique de grande puissance. Deux versions sont développées, l'une à neutrons thermiques, l'autre à neutrons rapides.

5. LFR (Lead-cooled Fast Reactor) : réacteurs à neutrons rapides refroidis au plomb (ou alliage eutectique PbBi), surgénérateurs. De nombreuses variantes quant à la puissance unitaire sont envisagées, de 50 à 1200 MWe.

6. MSR (Molten Salt Reactor) : réacteurs de petite taille à neutrons épithermiques, utilisant le sel fondu à la fois comme combustible et comme caloporteur.

De tous ces concepts, seul le VHTR propose dans sa version de base, un cycle de combustible ouvert (avec apport de combustible extérieur), les cinq autres concepts visant prioritairement un développement énergétique durable avec recyclage du combustible.
La validation de ces concepts demandera du temps : la décennie 2030 est généralement reconnue comme celle de la réalisation de prototype(s). Celle de la mise en oeuvre à l'échelle industrielle est plus éloignée encore; c'est ainsi que le « Livre Blanc sur les Energies » estime que ces réacteurs de la génération IV ne seront pas disponibles pour un déploiement industriel avant 2040.

On reconnaîtra dans la filière SFR (n°3) celle qui a été développée en France à travers Rapsodie, Phoenix et Superphoenix. L'arrêt prématuré et intempestif de Superphoenix a malheureusement fait perdre à notre pays l'avance qu'il avait acquise sur la voie de cette filière Génération IV. La plupart des pays industriels s'intéressant au nucléaire risquent désormais de devancer la France dans cette voie.

(2) Actinides: série de 15 éléments radioactifs métalliques dont le nombre atomique se situe entre 89 (actinium) et 103 (lawrencium) dans la table des éléments périodiques. Ils sont produits dans les processus de fission.

energy_isere a écrit :Ben c'est pas gagné, il y a vraiment beaucoup de recherche à faire, et c'est pas pour tout de suite la generation 4 du nucléaire.
On a le temps de voir passer une géneration..... humaine.

energy_isere a écrit :Superphénix à bien montré la difficulté de la chose puisqu'il a fallu l'arreter (décision sous le gouvernement socialiste) pour cause de mauvais fonctionnement quasi-continuel et de difficultés de mise au point.

Septembre 1973 - Chevtchenko (Kazakhstan, URSS). A cet endroit fonctionne un surgénérateur de 1000 MWth et 150 MWé (une partie de la puissance est utilisée pour le dessalement de l'eau de la mer Caspienne). 400 kg d'eau passent dans le circuit secondaire de sodium (non radioactif), d'où explosion sodium-eau, rupture des membranes d'éclatement, rejet à l'atmosphère et inflammation spontanée de l'hydrogène produit. L'incendie a été détecté par les satellites américains. On ignore le nombre des victimes éventuelles.