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RÉSUMÉ
Les réacteurs à neutrons rapides de 4ème génération permettent grâce au multirecyclage du plutonium d'utiliser environ 100 fois mieux l'uranium naturel que les réacteurs à eau légère actuels. L'incinération des actinides mineurs est théoriquement possible dans ces systèmes et permettrait d'optimiser la gestion des déchets nucléaires, principalement en réduisant l'emprise du stockage géologique. Elle pose toutefois des problèmes difficiles, notamment par une complexification des usines et une protection des personnels devant «manipuler» ces matières, pour un bilan relatif à bien peser entre inconvénients et avantages potentiels. Les études de scénarios permettent d'analyser les différentes options d'évolution du cycle du combustible que pourraient apporter ces systèmes. Cet article présente de façon détaillée les résultats de ces études.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Michel DELBECQ : Ancien Directeur du Programme Systèmes Nucléaires du futur à EDF Recherche et Développement
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Bertrand CARLIER : Ingénieur, AREVA, AREVA NP, Paris La Défense, France
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Christine CHABERT-KORALEWSKI : Chef de Projet « Scénarios et Technico-Économie du Cycle », CEA/Direction de l'Énergie Nucléaire, Cadarache, Saint Paul-lez-Durance, France
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Romain ESCHBACH : Chef du Laboratoire d'Études du Cycle (LECy), CEA/Direction de l'Énergie Nucléaire, Cadarache, Saint Paul-lez-Durance, France
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Claude GARZENNE : Expert Senior en Physique du Cycle, EDF Recherche et Développement, Clamart, France
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Frédéric LAUGIER : Ingénieur, EDF Direction Production Ingénierie/Division Combustible Nucléaire, Cap Ampère, Saint-Denis, France
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Alain ZAETTA : Chef du Département d'Études des Réacteurs CEA/Direction de l'Énergie Nucléaire, Cadarache, Saint Paul-lez-Durance, France
INTRODUCTION
Les systèmes nucléaires de 4e génération font l'objet de développements importants dans le monde depuis le début des années 2000, que ce soit dans le cadre d'une collaboration internationale à travers le Forum International « Generation IV » ou dans le cadre de programmes nationaux. Les objectifs assignés à ces systèmes sont, outre ceux des réacteurs de 3e génération (sûreté, compétitivité notamment), des objectifs liés à la « soutenabilité » : mieux utiliser les ressources combustible et optimiser la gestion des déchets nucléaires. Les systèmes de 4e génération en cours d'étude sont pour la plupart des réacteurs à neutrons rapides avec un cycle fermé uranium/plutonium. En France, en particulier, le choix a été fait de développer prioritairement le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium et un démonstrateur technologique, dénommé ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) d'une puissance de 600 MWe, est développé sous le pilotage du CEA. La mise en service est prévue aux alentours de 2025 avec les installations du cycle associées. Le développement de ces systèmes jusqu'à la maturité industrielle prendra du temps (milieu du XXI e siècle). La transition entre un parc nucléaire de 3e génération et un parc nucléaire de 4e génération se fera sur une durée séculaire et elle fera cohabiter les deux générations de réacteurs et de cycles. Cet article a pour objet de présenter les apports du cycle du combustible nucléaire de 4e génération, plus particulièrement pour la transmutation des actinides mineurs et la transition entre le cycle actuel des réacteurs à eau légère et le cycle futur en utilisant les résultats d'études de scénarios de déploiement des réacteurs à neutrons rapides en France. Les apports du multirecyclage du plutonium seul dans les systèmes de 4e génération est quant à lui présenté dans [BN 3 561].
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6. Conclusion
Le recyclage systématique de l'uranium et du plutonium dans les réacteurs à neutrons rapides de 4e génération, dans le prolongement du recyclage MOX actuel dans les réacteurs à eau français, permet [BN 3 561] :
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d'utiliser et de valoriser la totalité du plutonium existant ;
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de poursuivre ainsi, dans la durée, la stratégie de cycle fermé permettant de produire des déchets ultimes ne contenant pratiquement pas de plutonium. En effet, ce radioélément est celui qui ferait peser les plus fortes contraintes sur un stockage géologique profond, notamment au-delà des 500 premières années ;
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de se donner la possibilité d'accroître drastiquement (d'un facteur 100 environ) le taux d'utilisation de la ressource en uranium ;
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de limiter, « à la source », la quantité de certains des produits radioactifs à vie longue (actinides mineurs) contenus dans les déchets finaux (à quantité d'électricité produite donnée, il se forme 4 fois moins d'actinides mineurs si le recyclage du plutonium s'effectue dans un RNR, comparativement à ce qui est formé si ce recyclage s'effectue dans un REP).
Le multirecyclage de l'uranium et du plutonium en RNR apparaît ainsi comme une des clés pour la mise en œuvre d'options nucléaires durables, qu'il s'agisse de préserver les ressources naturelles ou de limiter la quantité de déchets ultimes.
La transmutation des actinides mineurs n'enlève pas le besoin d'un stockage en couches géologiques profondes mais pourrait constituer une voie de progrès à long terme. Seule la transmutation de l'américium pourrait présenter un intérêt techniquement avéré : la transmutation du curium paraît aujourd'hui très difficile et ses bénéfices potentiels apparaissent très faibles alors qu'il est beaucoup plus aisé de laisser décroître sa puissance résiduelle au sein des colis de déchets par entreposage...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Direction de l'énergie nucléaire - La gestion durable des matières radioactives avec les réacteurs de 4e génération. - CEA, déc. 2012. http://www.cea.fr/
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(2) - * - Loi no 91-1381 du 30 décembre 1991 relative aux recherches sur la gestion des déchets radioactifs http://www.legifrance.gouv.fr/
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(3) - * - Loi no 2006-739 du 28 juin 2006 de programme relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs http://www.legifrance.gouv.fr/
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(4) - A technology roadmap for generation IV nuclear energy systems. - Déc. 2002. http://www.gen-4.org/PDFs/ GenIVRoadmap.pdf
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(5) - HCTISN - Avis sur la transparence de la gestion des matières et des déchets nucléaires produits aux différents stades du cycle du combustible. - 12 juil. 2010. http://www.hctisn.fr
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