Les réacteurs expérimentaux ont été d’irremplaçables outils pour le développement de l’énergie nucléaire. Aujourd’hui, leur rôle est triple :

• Poursuivre le développement des centrales nucléaires actuelles et préparer les systèmes nucléaires du futur, et ce d’autant plus que l’on se projette dans une phase de rupture technologique;
• produire des radioéléments pour la médecine ;
• contribuer aux moyens d’investigation scientifique pour l’étude de la matière.

En ce qui concerne l’énergie nucléaire

L’utilisation des réacteurs expérimentaux est essentielle pour réaliser :

• La sélection des concepts de réacteurs ;
• la validation et la qualification des solutions techniques retenues ;
• les évolutions et améliorations des réacteurs existants ;
• l’élaboration des lois de comportement des matériaux utilisés sous irradiation.
  
  

En effet, malgré la montée en puissance importante de la simulation, avec, notamment, l’utilisation massive de calculs de type Monte-Carlo, il demeure des domaines où l’expérimentation reste indispensable : le recalage des modèles, la validation de la description des phénomènes élémentaires et,
bien sûr, la qualification des objets technologiques (réacteurs, composants, combustibles).

Par ailleurs, il existe un besoin permanent, accru avec l’arrivée des pays dits « primo-accédants » pour mettre en œuvre des réacteurs expérimentaux de petite et moyenne puissances destinés à acquérir une « culture nucléaire » : avec des activités d’enseignement, de formation, des expérimentations de base et des activités dérivées, telles que la production de radioéléments.

Il est de fait que la grande majorité des réacteurs expérimentaux construits dans la période de développement de l’énergie nucléaire des années 60-70 sont vieillissants, même si leur conception simple, pour beaucoup d’entre eux, fait qu’ils ont bien vieilli et se sont adaptés à l’évolution des besoins.

Les questions de la consolidation ou du renouvellement de ces réacteurs se pose, en lien avec le développement de l’électronucléaire et des réacteurs expérimentaux, dans les pays en expansion en Asie, en Amérique du Sud, en Afrique et au Moyen-Orient, dans les pays « primo-accédants » qui développent ou envisagent de développer l’électronucléaire pour leurs besoins en énergie.

Ces consolidations, renouvellements et nouvelles implantations de réacteurs expérimentaux se placent dans un contexte de plus en plus international, pour des raisons de cohérence et d’économie générale, les activités de recherche, dans le domaine du nucléaire, étant, de plus en plus, organisées au travers de réseaux et de groupements dépassant largement les frontières nationales.

Dans ce contexte, les perspectives d’évolution se présentent de la façon suivante :

• Pour les réacteurs expérimentaux les plus performants, à savoir les réacteurs d’irradiations technologiques et les réacteurs d’essais de sûreté, qui ont tendance à devenir de plus en plus complexes et donc coûteux, et auxquels il faut associer des dispositifs expérimentaux sophistiqués, ainsi que des moyens d’expertise, la tendance est de faire appel à des consortiums régionaux ou internationaux, tant pour leur construction que pour leur exploitation et la réalisation des programmes.
• pour les réacteurs expérimentaux de petite et moyenne puissance destinés à l’enseignement, la formation, l’approche aux techniques nucléaires, une collaboration renforcée entre les réacteurs existants est engagée avec, vraisemblablement, une diminution de leur nombre global et une rationalisation des futures réalisations, dans ce domaine.
  
  

Ces perspectives traduisent des tendances générales qui sont, bien sûr, à moduler en fonction des capacités techniques et financières de chaque pays, de sa situation géographique et de sa propre politique.

La production de radioéléments
à usage médical par les réacteurs expérimentaux

Les réacteurs expérimentaux sont actuellement au cœur d’une crise concernant les radioéléments médicaux, plus particulièrement le Molybdène 99, produit majoritairement dans les réacteurs expérimentaux de forte puissance, à partir de l’irradiation de cibles d’uranium hautement enrichi, et qui est, aujourd’hui, utilisé pour réaliser 80 % des diagnostics médicaux à partir de radioéléments. Cette crise, due à la coïncidence de plusieurs problèmes techniques survenus sur les réacteurs producteurs et provoquant des arrêts de longue durée, a montré la fragilité de la structure de production de ce radioélément.

La concertation menée au niveau international entre les instances médicales, les instituts de recherche et les industriels concernés a montré la nécessité de repartir sur des bases plus saines :

• Permettant de disposer d’un réseau de réacteurs capables de fournir le marché avec une redondance suffisante ;
• permettant de financer les institutions mettant en œuvre les réacteurs d’irradiation au vrai coût correspondant à de vrais services (en capacité de production, disponibilité, etc.), au lieu de traiter cette activité à la marge, comme c’est le cas jusqu’à présent.

Les réacteurs expérimentaux,
sources intenses de neutrons
pour la recherche

Ainsi que nous l’avons vu, au début de ce dossier, l’investigation à l’aide de neutrons présente, pour la recherche fondamentale, des caractéristiques complémentaires très intéressantes, par rapport à l’utilisation d’autres rayonnements, du fait de la neutralité électrique et de la masse du neutron qui favorisent sa pénétration dans la matière et les échanges d’énergie avec les noyaux légers. Les applications portant, dans un premier temps, sur l’étude des structures cristallines de la matière concerne dorénavant, également, la matière molle, les systèmes complexes, les systèmes vivants…

Les neutrons sont essentiellement produits, aujourd’hui, par des réacteurs expérimentaux spécifiquement conçus pour cette activité, pour les plus performants d’entre-eux ; toutefois, il est actuellement fait appel, de plus en plus fréquemment, à un autre procédé permettant de disposer de sources de neutrons intenses : il s’agit de la mise en œuvre de sources pulsées de neutrons obtenus par spallation. Ces systèmes permettent d’obtenir des sources de flux de neutrons intenses (jusqu’à dix fois celles obtenues en réacteur), mais pulsées.

En Europe, outre l’existence de deux sources de neutrons par spallation déjà en exploitation, les sources ISIS en Grande-Bretagne, et SIN Q, en Suisse), le projet European Spallation Source (ESS), qui réunit 17 pays partenaires, est envisagé. Il devrait être construit à Lund, en Suède, et mis en service à l’horizon 2020 pour une pleine activité opérationnelle complète en 2020/2025.

En ce qui concerne les deux prochaines décennies (de 2010 à 2030), on considère que les réacteurs producteurs de sources de neutrons pour la recherche poursuivront leurs activités avec, en parallèle, la montée en puissance de sources de neutrons pulsées, les deux types de sources offrant un large spectre de performances et de domaines d’excellence complémentaires.

Les réacteurs expérimentaux sont-ils indispensables ?…

Même si leur grande période d’expansion est passée, ils restent irremplaçables aujourd’hui, en appui aux recherches dans le domaine de l’électronucléaire, où des développements sont encore nécessaires. Ils sont, par ailleurs, devenus des outils précieux, aussi bien en recherche fondamentale que pour leurs applications industrielles et médicales.

Comme le montrent les différents chapitres de ce dossier, la France dispose d’un ensemble cohérent de réacteurs expérimentaux, capable de répondre aux besoins de développements présents et futurs, à l’échelle de l’Europe. Les évolutions prévues et envisagées sont destinées à préserver ce potentiel, dans le cadre de collaborations et d’associations, comme c’est d’ores et déjà le cas pour le réacteur d’irradiations technologiques Jules Horowitz, dont la construction aujourd’hui, et l’exploitation, demain, se font dans une infrastructure européenne ouverte, à fort partenariat international.