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RÉSUMÉ
Le «Generation IV International Forum» (GIF), créé en 2000 à l'initiative de l'US-DOE, a sélectionné six concepts de réacteurs de puissance dits de génération IV, jugés comme les plus prometteurs en regard de critères tels que l'économie des ressources en uranium et l'amélioration de la sûreté. Ces concepts sont présentés sous l'angle de la sûreté, en mettant en exergue la forte hétérogénéité de maturité de ces concepts ainsi que la nécessité, pour chacun d'eux et malgré les avantages intrinsèques qu'ils peuvent présenter, d'avancées technologiques significatives.
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Jean COUTURIER : Attaché à la direction générale - Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire
INTRODUCTION
De nombreuses études de prospective énergétique envisagent une pénurie de la ressource en uranium au cours du XXIe siècle. Dans ce contexte, le Département de l'énergie des États-Unis (DOE – Department of Energy) a créé en 2000 le GIF (Generation IV International Forum) – qui regroupe aujourd'hui treize pays parmi lesquels la France – dont la première action a consisté à sélectionner six filières (ou concepts) de réacteurs de puissance, dites de génération IV, jugées comme les plus prometteuses non seulement en termes d'économie des ressources en uranium mais également en regard des critères suivants :
-
réduction des déchets radioactifs, notamment ceux de haute activité à vie longue ;
-
amélioration de la sûreté ;
-
robustesse à l'égard de la non-prolifération et d'actions de malveillance ;
-
compétitivité économique.
Les six filières retenues sont les suivantes :
-
les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (sodium fast reactors – SFR) ;
-
les réacteurs à neutrons rapides refroidis au gaz (gas fast reactors – GFR) ;
-
les réacteurs à neutrons rapides refroidis au plomb (lead fast reactors – LFR) ;
-
les réacteurs à sels fondus (molten salt reactors – MSR) ;
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les réacteurs à hautes ou très hautes températures (very high or high temperature reactors – V/HTR) ;
-
les réacteurs à eau supercritique (supercritical water reactors – SCWR).
Le déploiement industriel de ces nouvelles filières pourrait intervenir vers le milieu du XXIe siècle, après une première expérience d'exploitation de réacteurs expérimentaux ou de prototypes. La France a marqué son engagement dans le développement des réacteurs de génération IV dans le cadre des recherches engagées sur les possibilités de transmutation en réacteur d'éléments radioactifs à vie longue (voir par exemple les explications données sur le site Internet « http://www.laradioactivite.com »), avec principalement le lancement d'études sur un nouveau réacteur de type SFR, dénommé ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration). Ce projet est mené sous la conduite du CEA et associe AREVA et EDF. Le CNRS a également engagé des études sur un MSR.
L'Europe est impliquée dans les filières de génération IV, elle finance un certain nombre d'études, de recherches et de développements. En outre, la plate-forme européenne SNETP (Sustainable Nuclear Energy Technology Platform, voir la rubrique Sites Internet du Pour en savoir plus) a établi différents documents incluant des propositions d'axes de recherche et développement à explorer pour certaines des filières de génération IV.
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génération IV objectifs de sûreté Accidents de Fukushima (enseignements tirés) sûreté radioprotection
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Autres filières de réacteurs de génération IV
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4. Réacteurs à neutrons rapides refroidis au plomb ou au plomb-bismuth (LFR)
4.1 Description – État actuel de développement et perspectives
Les LFR sont des réacteurs à neutrons rapides refroidis par un métal fondu tel que le plomb ou un alliage plomb-bismuth souvent dénommé LBE (Lead Bismuth Eutectic ). Tout comme les SFR, les LFR peuvent fonctionner avec des circuits sous faible pression du fait de la température d'ébullition élevée du plomb ou du LBE (1 745 oC pour le plomb, 1 670 oC pour le LBE).
La Commission européenne finance des études en support à un projet de réacteur LFR dénommé ELSY (European Lead-cooled System, figure 3).
Le projet de réacteur ELSY est de type « intégré » : le plomb du circuit primaire reste confiné dans une cuve (cuve principale).
Un avantage du plomb ou d'un alliage plomb-bismuth réside dans l'absence de réaction violente, de nature chimique, avec l'eau ou avec l'air, au contraire du sodium ; cela a conduit les concepteurs d'ELSY à opter pour un concept sans circuit intermédiaire, avec six générateurs de vapeur immergés dans la cuve principale.
Les puissances thermique et électrique d'ELSY sont respectivement de 1 500 MW et 600 MW, avec une température du plomb caloporteur comprise entre 400 et 480 oC. La circulation du plomb est assurée par des pompes immergées. La puissance volumique dans le cœur est d'environ 110 MW/m3.
Le faible pouvoir modérateur et d'absorption neutronique du plomb et du LBE, ainsi que leur excellent pouvoir réflecteur, a permis aux concepteurs « d'aérer » la matière fissile dans le cœur, conduisant, par rapport au SFR, à une plus forte proportion de fluide caloporteur dans le cœur, à des sections de passage du caloporteur plus importantes, ainsi qu'à une vitesse du fluide caloporteur plus faible (2 m/s) pour limiter l'érosion des structures. Cela a aussi permis de réduire, par rapport au SFR, les pertes de charge dans le cœur, aspect favorable pour la convection naturelle du fluide caloporteur.
Dans le projet ELSY, le combustible est de type MOX et le gainage est en acier. Les faisceaux d'aiguilles combustibles sont disposés selon un pas carré, formant des assemblages « ouverts » de type REP ; une autre solution envisageable est celle des SFR (aiguilles assemblées dans des boîtiers hexagonaux fermés). Des combustibles à base de nitrures ou de carbures, de densités plus élevées que...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems. - Issued by the US DOE Energy Research Advisory Committee and Generation IV International Forum, déc. 2002.
-
(2) - SNETP – Strategic Research Agenda. - Mai 2009.
-
(3) - SNETP – ENSII – The European Sustainable Nuclear Industrial Initiative – A contribution to the EU Low Carbon Energy Policy – The Demonstration Programme for Fast Neutron Reactors – Concept paper. - Oct. 2010.
-
(4) - SNETP – Strategic Research Agenda – Annex : Molten Salt Reactor Systems, final draft. - Nov. 2011.
-
(5) - WENRA statement on safety objectives for new power plants. - Nov. 2010 (document officialisant la position de WENRA sur la sûreté des futurs réacteurs en Europe).
-
(6) - * - Loi no 2006-686 du 13 juin 2006 relative...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Génération IV International Forum http://www.gen-4.org
Association WENRA http://www.wenra.org
Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire http://www.irsn.fr
AIEA http://www.iaea.org
Projet SNETP http://www.snetp.eu
Projet RAPHAEL http://www.raphael-project.org
Projet NGNP http://www.nextgenerationnuclearplant.com
Explications complémentaires sur la transmutation http://www.laradioactivite.com
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