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RÉSUMÉ
Un réacteur hybride, appelé également réacteur sous-critique piloté par accélérateur, est constitué d’un accélérateur de protons, d’une cible d’éléments lourds et d’un assemblage sous-critique de noyaux fissiles. L’interaction des protons avec la cible libère un grand nombre de neutrons. Ce concept a fait l’objet de nombreuses études, sans n’avoir jamais fait l’objet d’un déploiement. A ce jour, ces réacteurs hybrides sont considérés encore trop complexes et pas assez fiables.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Annick BILLEBAUD : Chargée de recherche au CNRS
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Hervé NIFENECKER : Consultant scientifique à l’IN2P3 (CNRS)
INTRODUCTION
Un réacteur hybride ou réacteur sous-critique piloté par accélérateur, Nifeneker et al., (appelé encore ADS [Accelerator Driven System] ou ADSR [Accelerator Driven Subcritical Reactor]) comporte trois composants principaux : un accélérateur, en général de protons, une cible, généralement formée d’éléments lourds, et un assemblage sous-critique de noyaux fissiles. L’interaction des protons avec la cible produit un grand nombre de neutrons qui constituent une source pour l’assemblage sous-critique. Les canadiens (Lewis 1952) les premiers eurent l’idée d’utiliser un tel dispositif pour produire de l’énergie : ne disposant pas d’usine de séparation isotopique, ils voulaient produire de l’uranium 233 à partir du thorium. Au cours de la croissance de la quantité d’uranium 233 dans l’assemblage de thorium, le nombre de fissions augmenterait et l’énergie ainsi produite pourrait être utilisée pour le fonctionnement de l’accélérateur. Devant le succès de la filière de réacteurs critiques refroidis à l’eau, cette piste fut abandonnée dans le courant des années 1950 jusqu’au début des années 1990. Ce sont les équipes regroupées autour de K. Furukawa, C. Bowman et C. Rubbia qui remirent le concept d’accélérateur hybride à la mode avec des motivations variées. K. Furukawa fut le premier à envisager l’association d’un accélérateur de haute intensité avec un réacteur sous-critique à sel fondu, avec la motivation de mettre rapidement en œuvre un système de surrégénération de l’uranium 233 à la place des réacteurs surrégénérateurs classiques utilisant le cycle uranium-plutonium. C. Bowman ajouta la contrainte d’incinération aussi complète que possible des déchets transuraniens et des produits de fission à vie longue. Enfin, C. Rubbia poursuivit le même but que C. Bowman, mais à partir d’un réacteur sous-critique à neutrons rapides refroidi au plomb.
Au cours des années récentes, différents concepts d’accélérateur hybrides ont été étudiés dans le monde au sein de collaborations internationales. Il ressort de ces études un consensus selon lequel les avantages de sûreté liés à la sous-criticité ne seront sans doute pas suffisants pour justifier le déploiement d’un système complet de production d’énergie à base de réacteurs hybrides. Ceux-ci pourraient, par contre, occuper une niche intéressante pour la transmutation des actinides mineurs (AM) et la mise au point de nouvelles filières de réacteurs.
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Principe des réacteurs hybrides
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5. Conclusions et perspectives
Actuellement les systèmes hybrides semblent être des systèmes trop complexes et pas assez fiables (essentiellement à cause du couplage à une machine comme un accélérateur) pour qu’un exploitant les envisage en remplacement des réacteurs actuels pour la production massive d’énergie. Néanmoins, ces systèmes semblent tout à fait avoir leur place pour une utilisation dédiée à la problématique des déchets nucléaires, en particulier pour la réduction des quantités d’actinides mineurs et de leur radiotoxicité (d’un facteur 10 à 100), pour laquelle leur sous-criticité présente un atout majeur. Pour le parc français actuel, qui compte quelque 60 réacteurs, quelques unités hybrides (1 à 3) seraient amplement suffisantes pour incinérer la production d’AM.
Si le réacteur hybride s’est un peu éloigné des concepts premiers proposés par C. Rubbia ou C. Bowman, il reste aujourd’hui l’objet d’actives recherches au sein de la communauté scientifique internationale. Plusieurs programmes expérimentaux lui ont été voués en Europe cette dernière décennie (expériences FEAT, TARC, MUSE, TRADE…) auprès d’installations comme le CERN, et des réacteurs de recherche MASURCA (CEA Cadarache, France) et TRIGA (ENEA, Casaccia, Italie). Ces programmes ont pour but de valider les concepts neutroniques de base de ces réacteurs, en particulier ceux concernant la neutronique des milieux sous-critiques délaissés jusqu’alors au profit des milieux critiques des réacteurs actuels. D’autres programmes dédiés à d’autres aspects de ces systèmes comme les accélérateurs de haute intensité, les cibles de spallation, la corrosion induite par des caloporteurs à base de plomb liquide sur les matériaux, l’extraction poussée nécessaire à la production de combustibles d’AM mobilisent également des chercheurs de plusieurs disciplines sur de nombreux projets de recherche fondamentale aussi bien que de recherche et développement. À l’échelle européenne un groupe de travail (PDS-XADS) s’est constitué autour de la définition d’un démonstrateur d’un tel système de puissance réduite (100 MW) dont la construction est envisagée. Un projet de ce type est déjà très avancé en Belgique pour l’horizon 2012 (projet MYRRHA, SCK-CEN).
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BIBLIOGRAPHIE
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