Bulletin n° 41 Mars 2006

Les réacteurs nucléaires de Génération IV

Editorial

L'évolution du climat et la volonté de réduire les émissions de gaz à effet de serre, d'une part, les menaces de pénurie concernant l'approvisionnement en énergie, d'autre part, nous causent de plus en plus de soucis. Il en résulte actuellement un regain d'intérêt pour l'énergie nucléaire, une ressource abondante, économique, et ne produisant pas de CO₂. Dans de nombreux pays, des physiciens et des ingénieurs planchent sur les moyens d'améliorer l'efficacité et la sécurité des centrales, dans le but de mettre au point une nouvelle génération d'installations, dite " Génération IV ".

C'est pour informer un large public sur ces travaux que les Electriciens romands, en collaboration avec l'Institut Paul Scherer (PSI) et l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), ont organisé, début décembre 2005, un symposium sur ce sujet d'actualité. Il nous a paru intéressant de donner dans notre Bulletin un aperçu de ces conférences. Le résumé donné ici est tiré des divers exposés, en particulier ceux de MM. Konstantin Foskolos (PSI), Dr. Jean-Louis Carbonnier (CEA) et Dr. Jean-Marc Cavedon (PSI). Ces exposés sont disponibles sur le site internet des électriciens romands : www.electricite.ch.

Le développement du nucléaire

La technique a évolué au cours du temps, et différentes filières se sont succédées, comme le montre le graphique ci-dessous. Mais la définition des générations recouvre en fait une évolution continue, basée sur les années d'exploitation qui s'accumulent et sur une maîtrise de plus en plus poussée des processus.

Jusqu'à présent, les réacteurs de puisance ont été presque exclusivement utilisés pour la production d'électricité. Quelques essais sans suite ont été tentés pour étendre leur domaine d'application (par exemple réacteurs de chauffage dans les années 60 - 70), ou pour résoudre les problèmes liés au cycle du combustible (surgénérateurs dans les années 80 - 90). Mais pour l'avenir, on se préoccupe, non seulement de la production d'électricité, mais aussi de chaleur, ainsi que de la gestion des actinides (déchets de moyenne activité à longue durée de vie).

Le Forum international Génération IV

Le " Génération IV International Forum " a été créé par un groupe de pays (par ordre alphabétique : Argentine, Brésil, Canada, Euratom, France, Japon, Corée du sud, Afrique du sud, Suisse, Royaume Uni, USA). Ces pays reconnaissent les atouts du nucléaire pour satisfaire les besoins en énergie croissants dans le monde. Le GIF assure ainsi un cadre international pour définir, développer et porter à maturité technique les systèmes de 4ème génération, en incluant le cycle du combustible. Les objectifs de ces nouveaux systèmes sont les suivants :

Ces objectifs constituent les critères selon lesquels les solutions proposées seront évaluées.

Que faut-il pour faire un réacteur ?

Les éléments de base nécessaires au fonctionnement d'un réacteur de fission sont les suivants:

• thermique (lents, 2 km/s) : forte probabilité de fission pour quelques noyaux
• épithermiques (entre les deux)
• rapide (20'000 km/s) : faible probabilité, mais pour tous les noyaux.

Enfin, dernière option, le cycle du combustible peut être ouvert (sans retraitement), fermé pour quelques éléments (retraitement partiel), ou complètement fermé (retraitement complet).

Le choix d'une filière

II est clair qu'en combinant toutes les options indiquées ci-dessus, on arrive à un très grand nombre de variantes théoriques possibles. La première tâche du GIF a donc consisté à sélectionner les filières les plus prometteuses, parmi la centaine de propositions soumises par des constructeurs, des organismes de recherche et des universités. Ces solutions ont été regroupées en 19 "familles ", qui ont été soigneusement évaluées en fonction des critères mentionnés plus haut.

A la suite de cet examen, au cours duquel les avantages et les inconvénients de chaque système ont été pesés, 6 variantes particulièrement attractives ont été finalement retenues. Il s'agit de

• réacteur rapide refroidi au sodium liquide (SFR = Sodium-cooled Fast Reactor)
• réacteur rapide refroidi par alliage de plomb (LFR = Lead alloy-cooled Fast Reactor)
• réacteur rapide refroidi au gaz (GFR = Gas-cooled Fast Reactor)

L'évaluation des différentes variantes fait clairement ressortir l'intérêt pour les réacteurs à neutrons rapides avec opérations de retraitement. Ceux-ci permettent en effet une mise en valeur complète du combustible, l'Uranium 238, matériau non fissile, mais fertile, non utilisé dans les réacteur à neutrons thermalisés, se transformant en Plutonium 239 fissile. D'autre part, la mise en oeuvre du cycle du Thorium 232, élément fertile, en le transformant en Uranium 233 fissile, élargit considérablement les ressources, les gisements de Thorium dépassant ceux d'Uranium. L'estimation de réserves durant une cinquantaine d'années, valable pour les réacteurs actuels à neutrons lents, pourra alors être étendue à des milliers d'années.

Enfin, les réacteurs rapides assurent l'élimination des déchets à longue durée de vie, les actinides : principalement le Plutonium, mais aussi les actinides mineurs comme le Neptunium et l'Americium. Au lieu de stocker ces déchets, dont les quantités vont s'accumuler, il vaut bien mieux les détruire, et valoriser le Plutonium sous la forme d'un supplément d'énergie fournie. On incinère bien les déchets ménagers en en tirant de la chaleur. Pourquoi ne pas faire de même avec des produits indésirables à longue durée de vie ? L'élimination des actinides ramène la radiotoxicité potentielle des déchets (produits de fission exclusivement) au niveau de celle de l'uranium tel qu'on le trouve dans la nature après quelques centaines d'années seulement, au lieu des dizaines de milliers d'années nécessaires à la décroissance de l'activité des actinides.

Conclusion

Le plupart des idées explorées dans le cadre des projets "Génération IV" ont déjà été exprimées lors des débuts du nucléaire, et certaines ont donné lieu à des essais, trop peu économiques à l'époque pour être poursuivis. Mais s'il n'y a, semble-t-il, rien de nouveau sous le soleil, l'expérience et les connaissances accumulées aujourd'hui permettent de les considérer avec un regard nouveau, en tenant compte de tous les progrès technologiques réalisés entre temps.

Loin d'être une voie sans issue, comme certains détracteurs le proclament, le nucléaire est plein de promesses, le nombre et la qualité des développements entrepris sous l'égide du GIF le montrent abondamment.

Et pour terminer de façon quelque peu provocative cet aperçu, nous nous permettons de citer une vision personnelle présentée par M. Foskolos à la fin de son exposé :

Quelques sites Internet intéressants :

• Fédération romande pour l'énergie
• Les électriciens romands
• Forum nucléaire suisse