Vous êtes ici : Accueil > Domaines de recherche > Réacteurs du futur

Dossier multimédia | Energie nucléaire | Astrid | Réacteurs nucléaires | Réacteurs de 4e génération

Réacteurs du futur

Réacteurs de quatrième génération


S’il mène une veille active sur l’ensemble des concepts de 4e génération, le CEA s’intéresse plus particulièrement aux réacteurs à neutrons rapides (RNR).

Publié le 19 octobre 2017

Forum international Génération IV

Lancé en l’an 2000 sur proposition des États-Unis, le Forum international génération IV est une instance de coopération qui s’est fixée pour but de promouvoir la R&D et d’étudier la faisabilité et les performances des réacteurs du futur. En 2019, le Forum international génération IV compte 14 partenaires : Afrique du Sud, Argentine, Australie, Brésil, Canada, Corée du Sud, Chine, Etats-Unis, France, Japon, Royaume-Uni, Russie, Suisse ainsi que l’Euratom.
 
Les partenaires ont établi en 2001 une charte officielle, donnant le coup d’envoi de cette instance. Objectif : développer des réacteurs à la sûreté renforcée, durables (entre autres, économes en uranium), économiquement compétitifs par rapport aux autres sources d’énergie, non proliférants, résistants aux attaques terroristes et créant peu de déchets ultimes.
 
Fin 2002, six concepts de réacteurs sont sélectionnés. Trois sont des filières de réacteurs à neutrons rapides (RNR) : RNR gaz, RNR sodium et RNR plomb. Les autres sont les réacteurs à eau supercritique (RESC), à très haute température (RTHT) et à sels fondus (RSF).
 
Fortement investi dans cette initiative, la France mène veille et programmes de R&D sur l'ensemble des technologies intéressant la quatrième génération.
 

Les programmes de recherche du CEA

Les recherches sur les réacteurs de 4ème générations au CEA s’organisent en 3 axes principaux : compréhension et modélisation de la physique et capitalisation des connaissances dans les outils de simulation numérique, développements technologiques ciblés, études d’esquisses et veille sur les technologies alternatives (par exemple les réacteurs à sels fondus). Le programme est centré sur les sujets à fort enjeu et valorise les acquis du programme ASTRID.
 
Soutenu par le Programme des investissements d’avenir (PIA), le programme ASTRID a consisté en l’étude de conception d’un démonstrateur de RNR-Na, au niveau d’un avant-projet, avec des actions de recherche et de développement pour le réacteur lui-même et pour les procédés du cycle du combustible. Si la décision a été prise de ne pas réaliser aujourd’hui ce démonstrateur, les recherches sur cette technologie de réacteur se poursuivent. L’objectif pour le CEA est notamment de maintenir et de développer les compétences acquises afin que les RNR puisse contribuer à long terme à la stratégie énergétique française.
 

Les réacteurs à neutrons rapides

S’il mène une veille active sur l’ensemble des concepts de 4e génération, le CEA s’intéresse plus particulièrement aux réacteurs à neutrons rapides (RNR) qui présentent trois avantages majeurs :
 
  1. Ils peuvent utiliser sans limitation tout le plutonium produit par le parc actuel des réacteurs à eau légère, ce qui permet d’assurer une gestion rationnelle et pérenne du plutonium.
  2. Ils peuvent brûler tout type d’uranium, alors que dans les systèmes actuels, seul l’uranium 235 (un isotope minoritaire) est utilisé. En permettant de valoriser la totalité de l’uranium extrait du sol, ils multiplient par un facteur proche de 100 l’énergie que l’on peut extraire d’une masse donnée d’uranium naturel. Avec l’uranium appauvri présent sur le territoire français et le plutonium issu du combustible usé des centrales actuelles, les systèmes de quatrième génération à neutrons rapides pourraient fonctionner pendant plusieurs milliers d’années en se passant totalement d’uranium naturel.
  3. Ils pourraient offrir la possibilité de transformer les actinides mineurs tels que l’américium, déchets de haute activité à vie longue, en éléments à vie plus courte. Cette transformation, appelée transmutation, permettrait de réduire l’émission de chaleur et la radiotoxicité intrinsèque à long terme des déchets ultimes.
 
 

Les réacteurs refroidis au sodium

Les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium constituent la filière de référence pour les pays qui se sont engagés dans le développement de réacteurs à neutrons rapides de 4e génération. Cette filière a fait l’objet de nombreux projets dans le monde qui ont permis d’accumuler plus de 400 années∙réacteur d’exploitation, dont 100 en exploitation industrielle.
 
Le sodium liquide présente plusieurs avantages comme fluide caloporteur dans un réacteur nucléaire.
  1. Il ne ralentit pas les neutrons et c’est une condition essentielle pour les réacteurs à neutrons rapides
  2. Il est doté de bonnes propriétés thermiques (conductivité, évacuation de la chaleur) et d’une faible viscosité, ce qui en fait un excellent caloporteur.
  3. Il est faiblement activé par les neutrons, ce qui évite de produire de grandes quantités de déchets radioactifs.
  4. Il est peu corrosif, ce qui le rend compatible avec les aciers.
  5. Il offre d’excellentes garanties en termes de sûreté ; sa grande inertie thermique confère ainsi au réacteur un excellent comportement en cas de perte de source froide externe.
 
Ses principaux inconvénients résident en son opacité (qui complique certaines opérations d’inspection ou de maintenance) et en sa forte réactivité chimique avec l’eau et l’oxygène de l’air. Ceux-ci sont suffisamment bien connus pour permettre de développer des parades efficaces.


VidéoSimulation numérique pour le nucléaire du futur