Sûreté passive, moins de déchets, applications diverses
Outre leur compétitivité sur le créneau des petites et moyennes puissances, les HTR offrent d’autres avantages majeurs :
Sûreté passive intrinsèque : comme le réacteur est construit petit, la température peut toujours être maintenue en dessous d’un seuil critique (1600°C) en situation accidentelle (même dans un cas aussi grave que celui de la perte du refroidissement du cœur), sans qu’il soit nécessaire de faire intervenir un système de refroidissement de secours. Ceci est assuré par le seul effet de la conduction et du rayonnement thermique. La sûreté du réacteur est dite « passive » car elle est assurée naturellement par les lois de la Physique, sans le secours de dispositifs spéciaux avec apport extérieur d’énergie.
Déchets et stockage : la quantité de déchets de haute activité à durée de vie longue produite par un HTR est, à production électrique égale, nettement moindre que dans un REP (environ 50% pour un cœur en uranium par exemple) grâce au rendement thermodynamique et au taux de combustion du combustible beaucoup plus élevés. De plus, une fois le combustible sorti du réacteur, les particules enrobées sont à même d’assurer un confinement de grande qualité, au moins aussi efficace que celui apporté par la vitrification. Le confinement des radionucléides est donc assuré par le combustible irradié lui-même. Ce combustible irradié, pouvant ainsi être stocké en l’état (sans retraitement) et avec un conditionnement simplifié et peu coûteux, est particulièrement adapté pour le stockage géologique direct.
Produire de l’hydrogène avec des HTR
Une particularité du VHTR est son fonctionnement à très haute température ( plus de 1000°C) pour fournir la chaleur nécessaire à des procédés de décomposition de l’eau par cycle thermochimique ou électrolyse à haute température. Le VHTR est spécifiquement dédié à la production d’hydrogène, même s’il doit aussi permettre la production d’électricité (seule ou en cogénération). Le système de référence a une puissance unitaire de 600 MWth et utilise l’hélium comme caloporteur. Le cœur est constitué de blocs prismatiques ou de boulets. Les grands thèmes de recherche pour le développement de cette filière concernent les matériaux à haute température et la mise au point des technologies de production massive d’hydrogène.
© CEA/DEN
Utilisation de la chaleur : la source chaude à 850°C que constitue l’hélium en sortie de réacteur pourrait être utilisée pour des procédés industriels, par exemple la production d’hydrogène par décomposition de l’eau : ceci permettrait d’alimenter les piles à combustible dont il est question pour combattre l’effet de serre. Un projet est envisagé au Japon (NB:L’avantage de produire de l’hydrogène en utilisant la chaleur d’un réacteur HTR serait de ne pas générer de CO2, donc de gaz à effet de serre, contrairement aux procédés classiques d’extraction à partir du gaz ou du pétrole).
De plus, la chaleur contenue dans l’eau rejetée à 120°C procure une source d’énergie « gratuite » (c’est à dire sans dégradation du rendement thermodynamique de l’installation) pour des applications de chauffage urbain ou de dessalement de l’eau de mer par exemple (pour comparaison, les rejets des centrales REP sont à environ 40°C).
Des applications industrielles de co-génération avec des utilisations de la chaleur à des températures intermédiaires sont aussi envisageables.
Un outil d’incinération du plutonium militaire
Les réacteurs HTR seraient particulièrement efficaces pour détruire en un seul passage le plutonium de qualité militaire en raison de l’excellente tenue aux fortes irradiations des céramiques utilisées pour conditionner le combustible. À gauche l’option consistant à immobiliser le plutonium des bombes tel quel sans le faire disparaître. La solution (au centre) consistant à utiliser ce plutonium pour du combustible MOX, suivi du passage dans un réacteur traditionnel, ne détruirait qu’environ 50 % du plutonium fissile. A droite, l’incinération dans un HTR serait beaucoup plus efficace.
© General atomics
Destruction du plutonium civil et militaire : les HTR ont la capacité de brûler le plutonium. Ainsi, après passage en réacteur, environ 70 % du plutonium d’origine a disparu et il ne reste plus que de l’ordre de 15% du plutonium fissile initial (Pu 239 et Pu 241). D’où l’existence par exemple du projet GT-MHR, mené par General Atomics, le ministère russe pour l’énergie atomique, Framatome et Fuji Electric, destiné à brûler le plutonium militaire russe.
Il serait également possible, à plus long terme, d’envisager un parc nucléaire couplant des REP et des HTR, de sorte que tout le plutonium fourni par les premiers serve de combustible aux seconds. Sur 30 kg de plutonium générés par TWhe produit par un REP, il n’en resterait qu’environ 7,5 kg après passage dans un HTR contre 20 kg actuellement après un recyclage MOX dans un REP.
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