Réacteurs à uranium naturel ou enrichi
Il existe plusieurs voies pour produire de lâĂ©lectricitĂ© 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
Lâarbre gĂ©nĂ©alogique des rĂ©acteurs comporte des branches Ă©teintes ou en voie dâextinction, alors que dâautres sont vigoureuses ou en Ă©mergence. Les six concepts de quatriĂšme gĂ©nĂ©ration se situent en haut de lâarbre : 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 lâeau 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 dâuranium 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 lâĂ©lectricitĂ© utilisent de lâuranium, 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, câest-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 lâuranium naturel ou Ă lâuranium enrichi. Le recours Ă lâuranium naturel comme combustible restreint le choix des modĂ©rateurs au graphite et Ă lâeau lourde. Lâutilisation dâuranium 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 dâautres : le caloporteur eau a beaucoup de succĂšs, car câest 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 cĆur de la centrale et produire de lâĂ©lectricitĂ©, 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 dâeau 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 dâautres paramĂštres techniquement importants, comme lâagencement du combustible Ă lâintĂ©rieur du cĆur du rĂ©acteur, le type dâĂ©changeurs 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 sâagissait moins de produire de lâĂ©lectricitĂ© que dâobtenir du plutonium de qualitĂ© militaire. Ces rĂ©acteurs « plutonigĂšnes » donnĂšrent naissance Ă des rĂ©acteurs civils utilisant lâuranium naturel comme combustible et lâeau 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 dâĂ©lectricitĂ© Ă partir des rĂ©acteurs Ă neutrons rapides ou surgĂ©nĂ©rateurs demeure marginale en attendant lâarrivĂ©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 lâuranium 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 dâextraire beaucoup plus dâĂ©nergie de lâuranium attendent lâarrivĂ©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
Voir aussi :
Lâagencement du combustible
Neutrons lents et rapides
Les centrales nucléaires dans le monde (Catalogue CEA)
Fission Nucléaire et Génération IV par G. M.Van Goethem (FABI)
Paul Reuss et Michel Chouha â Tchernobyl, 25 ans aprĂšs ⊠Fukushima. Quel avenir pour le nuclĂ©aire ? â, Editions Lavoisier, 2011
Modérateurs de neutrons
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