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RÉSUMÉ
En s’appuyant sur le retour d’expérience des MAGNOX (réacteurs à caloporteur CO2 avec combustible uranium naturel métallique et modérateur graphite) et en passant du combustible métallique à uranium naturel au combustible crayon oxyde légèrement enrichi gainage acier, les ingénieurs britanniques ont conçu une filière de réacteurs nucléaires de puissance unitaire de 650 MWe à haut rendement thermique : les AGR (Advanced Gas cooled Reactors) dont l’exploitation est prévue jusqu’en 2028. Cet article vise à donner une vision générale d’un concept de réacteur à caloporteur gaz et présente les principales caractéristiques de cette filière unique : architecture générale, cuve ou caisson en béton, cœur, neutronique, gestion du combustible, circuits de refroidissement. Une comparaison avec les réacteurs MAGNOX et une brève analyse des atouts et points particuliers de cette filière sont également apportés.
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Richard LENAIN : Ingénieur retraité CEA - CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les réacteurs à caloporteur gaz, modérés au graphite et à uranium naturel métallique, ont permis à la Grande-Bretagne et à la France de réaliser les premières centrales nucléaires pour la production d’électricité (filières MAGNOX et UNGG). Lorsque la possibilité de disposer d’uranium enrichi a été claire, la France s’est tournée vers les réacteurs à eau sous pression alors que la Grande-Bretagne a poursuivi dans la solution à caloporteur gaz. Pour cela, elle s’est appuyée sur le retour d’expérience des réacteurs MAGNOX (réacteurs à caloporteur CO2, avec combustible uranium naturel métallique, modérateur graphite) en mettant au point une filière spécifique : celle des AGR (Advanced Gas cooled Reactor). L’orientation nouvelle a consisté en l’utilisation de combustible légèrement enrichi et au passage du combustible métallique au combustible oxyde crayon gainé acier, ce choix a permis de mettre en œuvre un cycle thermique à haute température dont le rendement atteint 42 % et de porter le taux d’irradiation de rejet vers 44 GWj/t. En optant pour un réacteur spécifique associé au cycle du combustible oxyde, les développements futurs vers les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur gaz ou sodium à l’étude restaient ainsi ouverts. Cette solution combustible permet également l’entreposage en piscine du combustible irradié sur des temps longs contrairement aux combustible MAGNOX.
Après un bref rappel historique de la mise en place des AGR, cet article présente les caractéristiques principales de cette filière : architecture générale, cuve/caisson en béton, cœur, structure en graphite, neutronique, gestion du combustible, circuits de refroidissement, plan d’ensemble. Une comparaison avec les réacteurs MAGNOX et une brève analyse des atouts et points particuliers des AGR sont également apportées. En 2023, cette filière qui constitue la principale composante du parc nucléaire en Grande-Bretagne (14 réacteurs sur 15) est exploitée par une filiale d’EDF.
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Description générale d’une centrale AGR
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10. Conclusion
La Grande-Bretagne a finalement réussi à développer et exploiter des réacteurs à gaz de puissance unitaire de 650 MWe.
Dans une stratégie initiale de pouvoir disposer aussi dans cette famille de réacteurs à neutrons rapides, l’étape AGR se caractérise par un concept de réacteur à caisson en béton précontraint avec caloporteur CO2 fonctionnant au prix d’une complexité maîtrisée à des températures élevées et une pression primaire de 40 bar, le tout conduisant à un cycle thermodynamique efficace.
La solution caisson semble permettre des évolutions vers des pressions plus élevées.
Au-delà, vers des puissances volumiques plus élevées, les avantages de l’hélium qui n’est pas sujet aux effets de radiolyse est indiscutable.
L’AGR se caractérise aussi par l’emploi du combustible oxyde associé à un caloporteur gaz permettant un cycle amont/aval adossé à celui des réacteurs à caloporteur eau et sodium.
Aussi la Grande-Bretagne avait-elle mené des études de réacteurs à neutrons rapides avec caloporteur gaz concept ETGBR (Existing Technologies Gas Breeder Reactor) et sodium PFRD (Prototype Fast Reactor at Dounreay).
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NONBØL (E.) - Description of the Advanced Gas Cooled Type of Reactor (AGR). - Erik Nombol Rise National Laboratory Roskilde, Denmark (1996).
-
(2) - BARRÉ (B.) et al - Nuclear Reactor Systems chapter 2 : CO2 Gas Cooled Reactors. - Nuclear engineering series ; EDP Science (2016).
-
(3) - GLENDENNING (I.) et al - The development of safe on-load refuelling practices in advanced gas cooled reactors. - IAEA CN 48/278 (1988).
-
(4) - BRITTAIN (N.) - * - . – EDF Energy Nuclear generation : The AGR Design, Fukushima and more (2012).
-
(5) - KEMMISH (W.B.) - Gas cooled fast reactors. - Nucl. Energy ; ISSN 0140-4067 v.21(1) ; p. 77-88 (1982).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Réacteurs à neutrons rapides refroides au sodium.
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