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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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7. Glossaire
Couverture, blanket
Dans un réacteur à neutrons rapides, zone de matériau fertile placée en périphérie du cœur, apte à augmenter le rapport de surgénération en récupérant les neutrons fuyant le cœur. On parle de couverture fertile. Lorsque ces couvertures sont chargées en actinides mineurs (respectivement en américium) pour la transmutation de ces nucléides (voir ci-dessous transmutation), on parle de couverture chargée en actinides mineurs, notée CCAM (respectivement chargée en américium, notée CCAm).
Cycle du combustible, fuel cycle
Ensemble des opérations industrielles relatives au combustible nucléaire : extraction et traitement des minerais, conversion, enrichissement, fabrication du combustible, irradiation en réacteur, traitement des combustibles usés, recyclage des matières fissiles et gestion des déchets radioactifs. On associe souvent au mot cycle les noms des principaux noyaux lourds utilisés dans les combustibles. On parle ainsi du cycle uranium-plutonium :
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le cycle est dit « ouvert » lorsque le combustible usé n'est pas envoyé dans une usine de traitement des combustibles usés mais est destiné au stockage géologique direct après une phase d'entreposage ;
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le cycle est dit « fermé » lorsque le combustible usé est envoyé dans une usine de traitement des combustibles usés pour l'extraction des matières fissiles à recycler.
Le cycle uranium-plutonium fermé est associé aux réacteurs à neutrons rapides qui permettent le multirecyclage du plutonium tandis que le recyclage du plutonium sous forme de combustible MOX dans les réacteurs à eau pressurisée est limité au mieux à deux recyclages : ce cycle est qualifié de « cycle avec traitement des combustibles ».
Études de scénarios, scenario studies
Études de scénarios permettant d'analyser les options d'évolution du cycle du combustible. Elles s'appuient sur des scénarios d'évolution du cycle (par exemple, une transition entre un parc nucléaire constitué de réacteurs à eau de 3e génération et un parc de réacteurs à neutrons rapides de 4e génération). La simulation des scénarios avec des logiciels ad hoc fournissent les flux et inventaires de matières dans le cycle à tout instant et permettent de comparer les...
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Glossaire
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/
-
(2) - * - Loi no 91-1381 du 30 décembre 1991 relative aux recherches sur la gestion des déchets radioactifs http://www.legifrance.gouv.fr/
-
(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/
-
(4) - A technology roadmap for generation IV nuclear energy systems. - Déc. 2002. http://www.gen-4.org/PDFs/ GenIVRoadmap.pdf
-
(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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