Filières de réacteurs

Réacteurs à uranium naturel ou enrichi

Il existe plusieurs voies pour produire de l’électricité à partir du phénomène de fission. Ces techniques industrielles sont appelées filières. Une filière est caractérisée par le choix de quelques paramètres essentiels.

Le choix le plus important est celui du combustible. Il conditionne la nature des neutrons provoquant la fission : soit des neutrons ralentis quand le combustible est à base d’uranium naturel ou modérément enrichi, soit des neutrons dits rapides quand le combustible est riche en éléments fissiles. Les centrales nucléaires produisant actuellement de l’électricité utilisent de l’uranium, qui peut être soit naturel, soit légèrement enrichi ou encore comporter du plutonium.

Pour les réacteurs à neutrons lents, il faut définir la nature du matériau qui ralentira les neutrons, c’est-à-dire le modérateur : graphite, eau lourde, eau ordinaire. Les réacteurs à neutrons rapides ne nécessitent pas de modérateur.

Pour évacuer la chaleur du cœur de la centrale et produire de l’électricité, il faut un fluide efficace du point de vue calorifique et peu gourmand en neutrons. Ce fluide « caloporteur » est parfois le même que celui utilisé comme modérateur, eau lourde ou eau ordinaire. Il peut être gazeux (gaz carbonique sous-pression, vapeur d’eau ou même hélium), liquide bouillant ou sous-pression, ou encore (pour les neutrons rapides) un métal fondu comme le sodium ou le plomb.

Il existe d’autres paramètres techniquement importants, comme l’agencement du combustible à l’intérieur du cœur du réacteur, le type d’échangeurs de chaleur, le rapport entre les quantités de modérateur et de combustible.

Certains réacteurs, les premiers à avoir été développés après la seconde guerre mondiale, sont à vocation militaire. Il s’agissait moins de produire de l’électricité que d’obtenir du plutonium de qualité militaire. Ces réacteurs « plutonigènes » donnèrent naissance à des réacteurs civils utilisant l’uranium naturel comme combustible et l’eau lourde ou le graphite comme modérateur.

Prédominance des réacteurs à eau légère

La plupart des  réacteurs actuels sont dits de Génération II, par opposition  aux premiers réacteurs, souvent historiques, dits de  Génération I. Actuellement sont mis en place des réacteurs dits de Génération III comme l’EPR

La répartition de la puissance électrique aujourd’hui installée est caractérisée par la prédominance écrasante des réacteurs à eau légère et uranium enrichi. Parmi les réacteurs à uranium naturel, seule la filière canadienne CANDU à eau lourde fait encore bonne figure.

La filière des réacteurs à eau pressurisée qui fonctionne avec de l’uranium enrichi, constitue à elle seule plus de 60 % du total des Gigawatts produits (80 % en Europe). Viennent ensuite les réacteurs à eau bouillante. Les réacteurs graphite sont en voie de disparition. Les prometteurs réacteurs à neutrons rapides, capable d’extraire beaucoup plus d’énergie de l’uranium attendent l’arrivée éventuelle des réacteurs de quatrième génération. Les ADS, réacteurs couplés à un accélérateur de particules radioactifs, joueraient le rôle de brûleurs de déchets dans la panoplie des filières du futur.

Mentionnons enfin à côté des réacteurs producteurs d’électricité, l’existence de petits réacteurs de recherche aux multiples applications. Le lecteur intéressé trouvera un panorama de ces réacteurs, dans un excellent article publié par la Revue Générale Nucléaire : Qu’est-ce qu’un réacteur de recherche