[Nucléaire] Le point sur les réacteurs de Génération 4

[th]

C'est bien beau de faire des plans sur la comète comme le fait le lpsc, avec des projections pour des milliers GW de réacteurs nucléaires en 2050 ou même en 2150 ! Ces gens devraient sortir de leur labo et de leurs équations pour regarder le monde réel.

Une petite piqure de retour à la réalité : Combien de réacteurs nucléaires en 2030 ?

Ce que l'AIEA ne prévoit pas, c'est l'investissement que peut décider un état pour développer un programme si il l'estime impératif.
Un pays moyen comme la France a construit 59 réacteurs en 15 ans pour produire 80 % de son électricité. McCain l'a rappelé récemment, et à laissé entendre que les américains pouvaient le faire encore plus vite...

Le facteur limitants est sans doute celui du combustible

EDIT : @ Jägermeifter
Ton post est arrivé pendant que je redigait, et on parle bien de la même chose. La courbe nuke s'arrête en 1975... juste avant des politiques volontaristes de développement du nuke, alors que la courbe éolien est dans une période de croissance volontariste.

L'autre courbe montre la prod. éolienne croit, certes, mais moins que la prod des centrales au gaz ... exactement ce que dit JMJ...

[Saratoga Elensar]

Dans le dossier de l'ewea de Jägermeifter d'autres données intéréssantes...

The European Commission5 expects a 73% decline in EU oil production between 2000 and 2030. Gas production will fall by 59% and coal by 41%. By 2030, the EU will be importing 94% of its oil, 84% of its gas and 59% of its coal.

Between 2000 and 2007 total EU power capacity increased by 200 GW to reach 775 GW by the end of 2007. The most notable change in the mix of capacity is the near doubling of gas capacity to 164 GW. Wind energy more than quadrupled from 13 GW to 57 GW6.

[Nereide]

La construction des réacteurs nucléaires à ce jour en activité en France a commencé entre septembre 1971 (Fessenheim-1) et avril 1991 (Civaux-2) pour une mise en service entre janvier 1978 (Fessenheim-1) et avril 2002 (Civaux-2).
La durée de construction a été de 76 mois en moyenne (6 ans et 4 mois), allant de 52 mois (4 ans et 4 mois) pour Blayais-1 à 151 mois (12 ans et 7 mois ) pour Chooz-B-1.

Lire : Les réacteurs nucléaires en France en 2008

La France est équipée de 58 réacteurs nucléaires d'une puissance de 880 à 1.500 MWe. Leur puissance totale est de 63.130 MWe (MégaWatts électriques) et leur production annuelle théorique est de 553.019 GWh.
La production moyenne a cependant été de 416.750 GWh sur une période de cinq ans, entre 2001 et 2005. Cela correspond à un rendement (ou taux d'activité à la puissance nominale) moyen de 72,0%. Ainsi, un réacteur nucléaire ne fonctionne pas 8 760 heures par an (365 jours de 24 heures) mais 6 307 heures, soit 263 jours, en moyenne et sur la base de la puissance nominale.

[Aerobar]

151 mois (12 ans et 7 mois ) pour Chooz-B-1

Y avait pas d'urgence à mettre le réacteur en service commercial, l'enjeu était surtout la mise au point du palier N4 des REP. Mais on est HS, ce fil est dédié à la GenIV.

[Berthier]

au fait, pour éviter le jargon d'initié genre "si vous comprenez pas, alors pourquoi vous demandez ?"

RSF = Réacteurs à sels fondus. Une des options de "génération IV". Jamais encore réalisé, considérés par certains comme la seule voie possible. D'apres ce que j'ai compris, pas la solution actuellement préférée du CEA, qui prefererait un bon vieux surgénérateur à sodium comme Superphénix. C'est pas gagné.

Jamais encore rélalisé, sans déconner :


CNRS/DIR/PACE/2005.01
Capacité des réacteurs à sels fondus pour
l’incinération des déchets et la production d’énergie
S. David1, A. Nuttin2
1Institut de Physique Nucléaire, 91406 Orsay cedex
2Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, 38026 Grenoble cedex
Contact
S. David
1Institut de Physique Nucléaire
Bat. 100
91406 Orsay cedex

1. Introduction
Les concepts de réacteurs à sels fondus présentent un nombre significatif d’avantages dans le
cadre du développement des systèmes du futur de 4ème génération, qu’ils soient dédiés à la
production d’énergie et/ou à l’incinération de déchets. Les caractéristiques spécifiques des
RSF sont :
- taux de combustion élevé, ce qui limite la quantité de matières radioactives envoyée
aux déchets et ce qui réduit la quantité de déchets secondaires,
- retraitement possible sur site (en ligne ou en batch), et gestion in situ de l’aval du
cycle (réduction significative des transports de matières fissiles et radioactives),
- rendements élevés, grâce aux hautes températures atteintes par le système,
- bilan neutronique favorable grâce au recyclage en ligne ou en batch, ce qui permet
d’atteindre la surgénération avec le cycle thorium en spectre de neutrons thermiques.
Le potentiel de ce type de réacteur, notamment dans le domaine des déchets et des
surgénérateurs basés sur le cycle thorium, explique le développement de nouveaux concepts
de RSF. Après un récapitulatif des principales études menées sur les RSF depuis les années
50, nous présentons les nouveaux concepts, étudiés notamment par le CEA, EDF le CNRS, et
dans le cadre du projet européen MOST du 5ème PCRD, ainsi que les axes de recherche qui
ont été identifiés. Ces réacteurs nécessitent encore une R et D importante tant sur les
problèmes de corrosion lié au sel que sur les procédés de traitement de leur combustible usé.
2. Historique des études sur les RSF
Le concept de RSF est né aux Etats-Unis dans les années 50, à l’Oak Ridge national
Laboratory (Tennessee). Le premier RSF expérimental est issu d’un programme militaire
américain sur la propulsion des avions devant allier autonomie, compacité et légèreté.
L’Aircraft Reactor Experiment (ARE) est mis en service en 1954, et fonctionne de façon
satisfaisante une centaine d’heures à la puissance de 2.5 MWth. Dans cette expérience, le sel
est un mélange de fluorures (53% NaF – 41% ZrF4 – 6% UF4) qui a une température de fusion
de 500°C. Le coeur est constitué d’un bloc d’oxyde de béryllium destiné à modérer les
neutrons. Le sel circule dans ce bloc de béryllium et sort à une température de 850°C. Un problème de corrosion est survenu et a été rapidement maîtrisé. L’expérience a mis en
évidence une stabilité suffisante du réacteur et un bon comportement du sel sous irradiation.
Le programme de propulsion nucléaire est arrêté en 1957, mais les bons résultats de l’ARE
encouragent la poursuite des recherches sur les RSF à l’ORNL. Les études s’orientent vers un
usage civil pour la production l’électricité et débouchent sur la mise en service en 1964 d’un
réacteur expérimental : Molten Salt Reactor Experiment (MSRE) d’une puissance de 8MWth.
Dans ce système, le coeur est constitué de graphite percé de canaux pour la circulation du sel
combustible et des barres de contrôle. Le premier sel utilisé est un fluorure de lithium et de
béryllium (« flibe ») : 65% 7LiF – 29% BeF2 – 5% ZrF4 – 1% UF4. Ce sel échange sa chaleur
avec un sel constituant le circuit secondaire (66%LiF – 34% BeF2). Le lithium utilisé dans le
sel combustible est enrichi à 99.995% en 7Li afin de réduire l’empoisonnement neutronique et
la production de tritium dû à la présence de 6Li (réaction 6Li+n → t+α). De 1965 à 1968,
l’uranium du sel est de l’uranium enrichi à 30% en 235U. De 1968 à 1969, le réacteur
fonctionnera avec le même sel dans lequel l’uranium enrichi aura été remplacé par de l’233U
pur.
Durant 5 années de fonctionnement sans incident, le facteur de charge est de l’ordre de 85%.
Les problèmes de corrosion rencontrés dans l’ARE sont résolus grâce à l’utilisation de
l’hastalloy-N (68% Ni – 17% Mo – 7% Cr – 5% Fe) comme matériau de structure pour la
cuve et les tuyauteries. L’expérience démontre la tenue des matériaux à la corrosion et à
l’irradiation, ainsi que la stabilité des sels fluorures. Le pilotage du système en mode critique
est maîtrisé. Toutefois, il sera établi que le passage au stade industriel d’un RSF fonctionnant
en spectre thermique et avec un combustible Th/U demande une étape supplémentaire de
démonstration, notamment du point de vue du retraitement en ligne du combustible.
L’expérience du MSRE aura tout de même testé la fluoration de l’uranium contenu dans le
sel, étape clé du retraitement d’un combustible Th/U.
Le projet industriel MSBR (Molten Salt Breeder Reactor) voit le jour en 1969, et fait suite aux
résultats encourageants de l’expérience MSRE. Il s’agit d’un projet de RSF électrogène
fonctionnant avec le cycle thorium, d’une puissance électrique de 1GW. L’ensemble des
études réalisées forme un tout cohérent et très complet, tant au niveau de la
thermohydraulique que du retraitement en ligne. Le coeur du MSBR est constitué d’un bloc de
graphite percé de canaux dans lequel le sel combustible circule de bas en haut en se
réchauffant d’une centaine de degrés. La température moyenne du sel dans le coeur est de
650°C. Le sel envisagé est un sel de fluorures : 72% 7LiF – 16% BeF2 – 12% (Th+U)F4. Le
circuit secondaire contient un autre sel : 92% NaBF4 – 8% NaF, et le rendement thermique
global se situe entre 40 et 45%.
L’unité de retraitement associée a pour but d’extraire les produits de fission du sel, ainsi que
le protactinium, qui sera laissé hors coeur le temps qu’il décroisse pour produire l’233U, alors
réinjecté dans le sel. La totalité du sel comsbutible (50 m3) est retraité en une dizaine de jours.
Le système est surgénérateur. L’inventaire en 233U nécessaire au démarrage est de l’ordre
d’une tonne, son taux de surgénération de 1.05 ; le temps de doublement de la filière est donc
de l’ordre de 25 ans.
Ce projet se heurte à la concurrence des surgénérateurs à neutrons rapides, de conception plus
classique, basés sur le cycle U/Pu et refroidis au sodium. Aux Etats-Unis, les études sur le
MSBR sont arrêtées en 1976, pour des raisons politiques et financières, dues en partie à
l’isolement de l’ORNL, seul laboratoire américain à travailler sur les RSF. En France, ces
études sont poursuivies jusqu’en 1983 à EDF et au CEA. Ces travaux de ré-évaluation ont
permis d’approfondir les problèmes liés à la sûreté et d’acquérir une meilleure connaissance
du retraitement en ligne.
D’autres projets et études voient le jour dans les années 80, notamment au Japon (THORIMSNES
Thorium Molten Salt Nuclear Energy Synergetics). La voie des surgénérateurs en
spectre thermique basée sur le cycle thorium est explorée dans différentes variantes, ainsi que
la voie des réacteurs rapides basés sur le cycle U/Pu. Dès la fin des années 80, le concept de
réacteur à combustible liquide trouve un nouveau domaine d’application dans le cadre des
études sur la transmutation des actinides. L’organisme japonais JAERI étudie un concept RSF
à neutrons rapides dédiés à l’incinération de transuraniens sur support inerte (sels chlorures).
En 1992, C. Bowman adapte le concept du MSBR à un réacteur RSF à spectre très thermalisé
dédié à l’incinération et à la dénaturation du plutonium issu des centrales à eau légères. Ce
système est sous-critique, alimenté par une source de neutrons externe produits par un
faisceau de protons frappant une cible de spallation en plomb liquide. Son retraitement est de
type « once-through », c'est-à-dire que chaque jour un volume donné de sel est retiré du
système et remplacé par du sel frais. Ce système permet une incinération et une dénaturation
rapide du plutonium, et a été évaluée en France par le CEA, EDF et le CNRS.
En France, le cycle thorium en RSF est relancé dans les années 1990 par différents concepts :
- TASSE (Thorium based Accelerator driven System with Simplified fuel cycle for
Energy generation) étudié au CEA.
- AMSTER (Actinide Molten Salt TransmutER) étudié à EDF.
- TMSR (Thorium Molten Salt Reactor) étudié au CNRS.
Ces dernières études s’accompagnent d’efforts expérimentaux. Le programme européen
MOST est ainsi chargé d’établir le bilan des recherches sur les RSF précédemment évoquées
dans le but de définir les besoins en R&D.

[kercoz]

Les dernieres dates mentinnoées sont 1990 92 ; et depuis ?

[GillesH38]

quand je dis jamais réalisé, je veux dire un réacteur industriel d'1GW, pas des petits réacteurs de labo. le "Le projet industriel MSBR (Molten Salt Breeder Reactor) " n'a jamais été réalisé, c'est bien ça?

Note aussi "le temps de doublement de la filière est donc de l’ordre de 25 ans." . En partant d'un , y a du chemin a faire avant d'arriver à 2000 !!!

[Berthier]

Les RSF peuvent démarrer après 6 ans de fonctionnement des RNR à couverture thorium.
Il faut en effet accumuler de l' 233U

Le programme nucléaire indien commence par là.

Ce seront peut-être eux, les premiers à démarrer des RSF.

on peut aussi démarrer les RSF avec du Pu donc après un REP.

[GillesH38]

et y en a beaucoup des RNR a couverture thorium ?

tout ça pour le moment c'est des projets d'ingénieurs et de scientifiques; quand tu vois ce qu'il s'est passé avec Superphenix , tu te rends compte que la réalité est bien différente du reve. Mais les 500 centrales à charbon par an rien qu'en chine, ca c'est pas du reve. Il faut etre réaliste : d'ici qu'on commence a developper ne serait-ce que quelques dizaines de surgénérateurs , y aura quelque dizaines de milliers de centrales à charbon en plus de construites, et tu crois pas qu'on va les fermer comme ça !

[Berthier]

et y en a beaucoup des RNR a couverture thorium ?

tout ça pour le moment c'est des projets d'ingénieurs et de scientifiques; quand tu vois ce qu'il s'est passé avec Superphenix , tu te rends compte que la réalité est bien différente du reve. Mais les 500 centrales à charbon par an rien qu'en chine, ca c'est pas du reve. Il faut etre réaliste : d'ici qu'on commence a développer ne serait-ce que quelques dizaines de surgénérateurs , y aura quelque dizaines de milliers de centrales à charbon en plus de construites, et tu crois pas qu'on va les fermer comme ça !

Tout ce que c'est dire c'est que l'on rêve, lorsqu'on évoque des prototypes qui ont fonctionné. Parce qu'aujourd'hui, il n'y a pas de filière industrielle de RSF, tu prétends qu'il n'y en aura jamais.
Superphénix a été arrêté par des décisions politiques (Lepage puis Jospin) et par le prix ridiculement bas du gaz de l'époque.

Quand Superphénix fonctionnait les écologistes critiquaient "l'économie plutonium" maintenant, ils prétendent qu'il n'y a pas assez de plutonium pour démarrer beaucoup de RNR. Les écologistes ont obtenus la fermeture de Superphénix, et maintenant ils agitent le pic uranium. C'est totalement incohérent. de même lorsqu'ils comparent des puissances installées avec des facteurs de charges totalement différents.

Sur ce forum on évoque le pic charbon de la Chine. La Chine n'est pas sure de pouvoir alimenter en charbon son parc de centrale en croissance. Elle devra en importer d'Australie, de Russie ou des états-unis, si ces derniers réduisent leur consommation. Si les états-unis ratifient Kyoto, ils feront des efforts et ils demanderont des efforts aux pays en transition. Le nucléaire apparaitra comme une voie naturelle. Les tensions sur les ressources en uranium transformeront des filières expérimentales en filières industrielles. Toutes les filières ne sont pas développées car on n'en a pas vue encore l'utilité. Il est plus facile de faire du REP ou du REB que des RNR ou des RSF. Mais dès qu'on prendra en compte la fermeture du cycle du combustible et l'économie de la ressource, le déploiement des RNR se produira. Je vais pas arrêter la construction de centrale à charbon, mais toi et les Verts ne va pas arrêter le programme nucléaire indien. Lorsque la demande d'électricité consacré au transport explosera en Europe, il n'est pas incohérent de penser que l'on reconstruira plusieurs Superphénix en Europe.

L'idée "que l'on y touchera plus", que l'on n'osera pas y toucher etc...me semble plausible en cas d'abondance fossile, très peu probable en cas de tensions sur l'approvisionnement. Surtout lorsque le monde aura pris conscience de la déplétion.

Inutile de demander à chaque fois si tout est déjà prêt pour la transition.

La réponse est oui pour les RNR-Na (2015)
On se laisse jusqu'à 2030 pour les autres filières gen IV

[Yves]

Ah le programme indien. 40 GW d'ici 2020. 3 ou 4 réacteurs par ans ... Une bête de course quoi ... Le leader du programme ?

Le nucléaire apparaitra comme une voie naturelle.

A ceux qui le vendent, c'est le cas depuis des années.

Pour les autres ...
Areva / EDF : faute de financement, l'Afrique du Sud renonce aux EPR - 08/12/2008

Ce projet prévoyait à l'horizon 2025 la construction de près de dix réacteurs du même type

[GillesH38]

Tout ce que c'est dire c'est que l'on rêve, lorsqu'on évoque des prototypes qui ont fonctionné. Parce qu'aujourd'hui, il n'y a pas de filière industrielle de RSF, tu prétends qu'il n'y en aura jamais.

d'une part je n'ai pas dit qu'il n'y en aurait jamais. Mais qu'il n'y en aurait surement pas assez et pas assez vite pour changer significativement la consommation de charbon (et encore moins la consommation intégrée sur le siecle). Il y a une nuance.

Superphénix a été arrêté par des décisions politiques (Lepage puis Jospin) et par le prix ridiculement bas du gaz de l'époque.

Quand Superphénix fonctionnait les écologistes critiquaient "l'économie plutonium" maintenant, ils prétendent qu'il n'y a pas assez de plutonium pour démarrer beaucoup de RNR. Les écologistes ont obtenus la fermeture de Superphénix, et maintenant ils agitent le pic uranium. C'est totalement incohérent. de même lorsqu'ils comparent des puissances installées avec des facteurs de charges totalement différents.

tu peux raler comme tu veux sur ce qu'il s'est passé, mais ça s'est passé. Et pas qu'en France, puisqu'aucun pays industriel n'a lancé une filiere RNR. Je le constate c'est tout.

Lorsque la demande d'électricité consacré au transport explosera en Europe,

La réponse est oui pour les RNR-Na (2015)

Tu sais tres bien qu'il n'y aura pratiquement aucun surgénérateur à sodium construit d'ici 2015, un en Inde peut etre? c'est bien évident qu'ils vont pas fleurir par miracle avant 10 ans, et que leur développement ne serait que tres progressif- si jamais il a lieu.

[Berthier]

tu peux raler comme tu veux sur ce qu'il s'est passé, mais ça s'est passé. Et pas qu'en France, puisqu'aucun pays industriel n'a lancé une filiere RNR. Je le constate c'est tout.

La réponse est oui pour les RNR-Na (2015)

Tu sais tres bien qu'il n'y aura pratiquement aucun surgénérateur à sodium construit d'ici 2015, un en Inde peut etre? c'est bien évident qu'ils vont pas fleurir par miracle avant 10 ans, et que leur développement ne serait que tres progressif- si jamais il a lieu.

C'est faux, la Russie est un pays industriel qui exploite le BN-600 (un demi superphénix)
La Russie achévera en 2012 la construction du BN-800. Si ce n'est pas une filière RNR, qu'est-ce que c'est ?

2015 est la date de début de déploiement possible des RNR envisagée par le CEA ce n'est pas le crépuscule du nucléaire mais une nouvelle aurore.

[Aerobar]

Il y a quand même un peu d'AIE dans le point de vue du CEA, à savoir le réflexe permanent de la prophétie autoréalisatrice.

Le RNR-Na ne peut être déployé - construit à plusieurs exemplaires dans le but premier de vendre l'électricité produite - que par un opérateur électrique genre EDF, au hasard. Le CEA aimerait bien que d'autres déploient cette technologie dont il est en grande partie propriétaire, car malheureusement il ne dispose ni des financements ni des débouchés pour le faire lui-même. C'est comme ses travaux sur le véhicule à hydrogène...

Nous n'étions pas au courant du RNR russe, mais il ne fait aucun doute que le RNR chinois, nom de code Super FengHuang, viendra tôt ou tard (nous parions pour 2018)

[GillesH38]

C'est faux, la Russie est un pays industriel qui exploite le BN-600 (un demi superphénix)
La Russie achévera en 2012 la construction du BN-800. Si ce n'est pas une filière RNR, qu'est-ce que c'est ?

2015 est la date de début de déploiement possible des RNR envisagée par le CEA ce n'est pas le crépuscule du nucléaire mais une nouvelle aurore.

ouh la excuse moi non plus j'etais pas au courant ! et ils en ont beaucoup d'autres en projet, les Russes?

combien de centrales à charbon dans le monde, deja?