Plus que de simples réacteurs : six systèmes à l’étude
Six concepts de réacteurs ont été retenus pour la génération IV. Ces réacteurs d’un futur encore lointain se voudraient économiques, sûrs et résistants à la prolifération. Quatre types de réacteurs sur six régénéreraient leur combustible et seraient donc compatibles avec un développement durable du nucléaire d’autant qu’il est prévu que chaque réacteur brûle les actinides
mineurs qu’il produit..
Pour simplifier nous parlerons de réacteurs, mais pour leurs concepteurs il s’agit de systèmes nucléaires, qui englobent réacteur, combustible, et cycle du combustible. C’est cet ensemble qu’il faut optimiser comme un tout.
Préférences pour les 6 concepts
Le tableau résume le degré de participation envisagé par les dix pays fondateurs du forum génération IV pour les six concepts de réacteurs. Cinq des projets sont animés par un pays leader, la France étant animateur, par l’intermédiaire du CEA, des réacteurs à hautes températures et très impliquée dans les réacteurs SFR au sodium. Le CNRS effectue des recherches sur les réacteurs à sels fondus qui est le seul projet, malgré ses atouts, a ne pas avoir de pays animateur.
© CEA
Les six systèmes de réacteurs, dont la production d’électricité serait la principale mais non la seule application, sont les suivants :
SFR (Sodium-Cooled Fast Reactor) : Les réacteurs refroidis au sodium fondu utilisent des neutrons rapides et sont surgénérateurs. Deux options sont envisagées avec des réacteurs de taille intermédiaire ou de gros réacteurs. Les SFR qui bénéficient du savoir faire acquis avec SUPERPHENIX pourraient être déployés les premiers. Le développement d’un prototype, le projet ASTRID, a été décidé en France. Son déploiement est prévu vers 2020.
LFR (Lead-Cooled Fast Reactor) : Les réacteurs refroidis au plomb sont également à neutrons rapides et régénèrent leur combustible. Le liquide de refroidissement – du plomb fondu ou un mélange eutectique de plomb et de bismuth – est moins dangereux chimiquement que le sodium mais pose des problèmes de corrosion. Ces réacteurs bénéficient de l’expérience acquise avec les réacteurs de sous-marins russes.
GFR (Gas-Cooled Fast Reactor) : Ces réacteurs à neutrons rapides régénèrent aussi leur combustible. Ils sont refroidis par de l’hélium à haute pression. L’hélium est un gaz inerte, qui ne pose pas de problèmes de sécurité et de corrosion. En dehors de la production d’électricité, ils pourraient contribuer à la production d’hydrogène. Les obstacles technologiques sont importants. Un prototype (Allegro) de faible puissance est développé par 4 pays de l’Europede l’Est (Pologne, Hongrie, Tchéquie, Slovaquie) pour fonctionner vers 2030.
VHTR (Very-High-Temperature Reactor) : Contrairement aux précédents, les réacteurs à très haute température fonctionnent avec des neutrons thermique. Ils ne sont pas surgénérateurs et donc moins performants en termes de développement durable. Ils tirent leur nom du fait que la température de l’hélium sous pression qui évacue la chaleur dépasse 1000°C, ce qui ouvre la voie à des applications comme la séparation d’hydrogène à partir de l’eau, la gazéification du charbon et autres processus industriels. Bénéficiant du savoir faire acquis avec des réacteurs HTR, ils pourraient être déployés dès 2020.
SCWR (Supercritical-Water-Cooled Reactor) : Ces réacteurs refroidis à l’eau surpercritique (NB : Au delà du point critique, à très haute pression (218 atmosphères) et au dessus de 374°C, il n’y a plus de différence entre liquide et vapeur pour l’eau de refroidissement). Ces réacteurs sont étudiés sous deux options : des réacteurs rapides surgénérateurs ou des réacteurs à neutrons lents sans régénération du combustible. Un tel refroidissement offrirait un bon rendement thermique approchant 44 % pour la production d’électricité et l’avantage d’une implantation simplifiée.
MSR (Molten Salt Reactor ) : Les réacteurs à sels fondus sont de conception très différente des autres réacteurs. Le combustible est un liquide, mélange de sels fondus notamment d’uranium et de thorium. Avec un combustible au thorium, les MSR sont surgénérateurs pour tout le spectre des neutrons ; ce qui a permis d’étudier différents systèmes. Après des études sur les systèmes thermiques intéressant pour la faible quantité de matière fissile nécessaire mais posant des problèmes de sûreté et de retraitement chimiques, les études portent maintenant sur des systèmes où les neutrons ne sont pas modérés, ce qui permet de résoudre les problèmes précédents et surtout de démarrer avec les actinides produits dans les réacteurs actuels sans passer par la production externe d’une première charge d’uranium 233.
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