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FiliÚres de réacteurs

Réacteurs à uranium naturel ou enrichi

Il existe plusieurs voies pour produire de l’électricitĂ© Ă  partir du phĂ©nomĂšne de fission. Ces techniques industrielles sont appelĂ©es filiĂšres. Une filiĂšre est caractĂ©risĂ©e par le choix de quelques paramĂštres essentiels.

Généalogie des réacteurs
L’arbre gĂ©nĂ©alogique des rĂ©acteurs comporte des branches Ă©teintes ou en voie d’extinction, alors que d’autres sont vigoureuses ou en Ă©mergence. Les six concepts de quatriĂšme gĂ©nĂ©ration se situent en haut de l’arbre : RĂ©acteur Ă  gaz Ă  (trĂšs) haute tempĂ©rature (V)HTR ; RĂ©acteur Ă  eau supercritique SCWR ; RĂ©acteurs Ă  neutrons rapides au sodium ou au plomb RNR ; RĂ©acteur Ă  sels fondus MSR.  Autres sigles : REP rĂ©acteur Ă  eau pressurisĂ©e ; WPu rĂ©acteur plutonigĂšne militaire ; CANDU rĂ©acteur Ă  uranium naturel, refroidi et modĂ©rĂ© Ă  l’eau lourde ; SGHWR RĂ©acteur Ă  eau lourde producteur de chaleur industrielle ; Magnox et AGR RĂ©acteurs graphite anglais : ADS : rĂ©acteurs hybrides.
© CEA/DEN ©

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 Ă  base d’uranium naturel ou modĂ©rĂ©ment enrichi, soit des neutrons dits rapides quand le combustible est riche en Ă©lĂ©ments fissiles. Les centrales nuclĂ©aires produisant actuellement de l’électricitĂ© utilisent de l’uranium, qui peut ĂȘtre soit naturel, soit lĂ©gĂšrement enrichi ou encore comporter du plutonium.

Pour les rĂ©acteurs Ă  neutrons lents, il faut dĂ©finir la nature du matĂ©riau qui ralentira les neutrons, c’est-Ă -dire le modĂ©rateur : graphite, eau lourde, eau ordinaire. Les rĂ©acteurs Ă  neutrons rapides ne nĂ©cessitent pas de modĂ©rateur.

Caractéristiques des principales filiÚres
Les rĂ©acteurs fonctionnent Ă  l’uranium naturel ou Ă  l’uranium enrichi. Le recours Ă  l’uranium naturel comme combustible restreint le choix des modĂ©rateurs au graphite et Ă  l’eau lourde. L’utilisation d’uranium enrichi ouvre presque tous les choix possibles de caloporteurs (liquide, vapeur ou gaz Ă©vacuant la chaleur) et de modĂ©rateurs. Certaines combinaisons sont plus heureuses que d’autres : le caloporteur eau a beaucoup de succĂšs, car c’est aussi un bon modĂ©rateur. Les rĂ©acteurs Ă  eau (REP et REB) constituent la majoritĂ© des rĂ©acteurs de gĂ©nĂ©ration II (actuel) et III (futur proche).
© P.Reuss/Précis de neutronique EDP Sciences ©

Pour Ă©vacuer la chaleur du cƓur de la centrale et produire de l’électricitĂ©, il faut un fluide efficace du point de vue calorifique et peu gourmand en neutrons. Ce fluide « caloporteur » est parfois le mĂȘme que celui utilisĂ© comme modĂ©rateur, eau lourde ou eau ordinaire. Il peut ĂȘtre gazeux (gaz carbonique sous-pression, vapeur d’eau ou mĂȘme hĂ©lium), liquide bouillant ou sous-pression, ou encore (pour les neutrons rapides) un mĂ©tal fondu comme le sodium ou le plomb.

Il existe d’autres paramĂštres techniquement importants, comme l’agencement du combustible Ă  l’intĂ©rieur du cƓur du rĂ©acteur, le type d’échangeurs de chaleur, le rapport entre les quantitĂ©s de modĂ©rateur et de combustible.

Certains rĂ©acteurs, les premiers Ă  avoir Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©s aprĂšs la seconde guerre mondiale, sont Ă  vocation militaire. Il s’agissait moins de produire de l’électricitĂ© que d’obtenir du plutonium de qualitĂ© militaire. Ces rĂ©acteurs « plutonigĂšnes » donnĂšrent naissance Ă  des rĂ©acteurs civils utilisant l’uranium naturel comme combustible et l’eau lourde ou le graphite comme modĂ©rateur.

Prédominance des réacteurs à eau pressurisée
La rĂ©partition des puissances Ă©lectriques installĂ©es en 1990 et 1997 montre la prĂ©dominance de la filiĂšre des rĂ©acteurs Ă  eau pressurisĂ©e (REP), suivie par celle des rĂ©acteurs Ă  eau bouillante. Cette rĂ©partition a peu changĂ© depuis. La production d’électricitĂ© Ă  partir des rĂ©acteurs Ă  neutrons rapides ou surgĂ©nĂ©rateurs demeure marginale en attendant l’arrivĂ©e envisagĂ©e vers 2040 des rĂ©acteurs de quatriĂšme gĂ©nĂ©ration.
© IN2P3 ©

Prédominance des réacteurs à eau légÚre

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

La filiĂšre des rĂ©acteurs Ă  eau pressurisĂ©e qui fonctionne avec de l’uranium enrichi, constitue Ă  elle seule plus de 60 % du total des Gigawatts produits (80 % en Europe). Viennent ensuite les rĂ©acteurs Ă  eau bouillante. Les rĂ©acteurs graphite sont en voie de disparition. Les prometteurs rĂ©acteurs Ă  neutrons rapides, capable d’extraire beaucoup plus d’énergie de l’uranium attendent l’arrivĂ©e Ă©ventuelle des rĂ©acteurs de quatriĂšme gĂ©nĂ©ration. Les ADS, rĂ©acteurs couplĂ©s Ă  un accĂ©lĂ©rateur de particules radioactifs, joueraient le rĂŽle de brĂ»leurs de dĂ©chets dans la panoplie des filiĂšres du futur.

SUITE : Réacteurs de Génération I
SUITE : Réacteurs de Génération II

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