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Réacteurs du futur

Acquis du programme Astrid


Le projet Astrid a été lancé par l’Etat en 2010 avec le soutien du Programme des investissements d’avenir (PIA). Il a consisté à concevoir un démonstrateur technologique d’un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium sous la direction du CEA jusqu’en 2019. Ce programme a impliqué de nombreux partenaires industriels et académiques. Un partenariat fort a été engagé avec le Japon en 2014.

Publié le 19 octobre 2017
Partant de la large base de connaissances accumulées en France sur les réacteurs à neutrons rapides, le programme Astrid a permis de développer les technologies pour les aligner sur les objectifs de la 4ème génération (multi-recyclage de l’uranium et du plutonium, sûreté, opérabilité, économie). Les innovations technologiques concernent l’ensemble du réacteur, de la conception du cœur aux composants et à l’instrumentation. Elles portent aussi sur les procédés de fabrication. Au total, 70 brevets déposés depuis 2010 et pour certains, des développements technologiques poussés à un niveau de maturité technologique (TRL 5). On peut citer le concept de cœur hétérogène de type CFV (cf. plus bas), les concepts de barre hydraulique et de tube traversant, dispositions respectivement pour la prévention et la mitigation des accidents graves, également le système de conversion d’énergie par cycle à gaz azote pressurisé.
La connaissance de la physique des RNR Na a été améliorée dans plusieurs domaines et intégrée dans une nouvelle génération d’outils de calculs. On peut citer le calcul des effets sur la réactivité d’une vidange du sodium, ou bien d’un déplacement des assemblages composants le cœur du réacteur. C’est également le cas de la caractérisation du débit de refroidissement traversant le cœur en situation accidentelle d’arrêt des pompes.
Des plateformes expérimentales ont été développées permettant la validation des modèles et une meilleure évaluation voire une réduction des incertitudes. Ces installations dépassent le seul programme ASTRID et sont désormais disponibles pour d’autres programmes de recherches. A titre d’exemple, des dispositifs de visualisation par ondes acoustiques ont été conçus pour voir à travers le sodium opaque (cf. plus bas). Un parc de machines pour l’étude des propriétés mécaniques des aciers et l’étude des contacts entre pièces immergées dans le sodium existent également grâce au programme ASTRID.
Enfin, la conduite du programme elle-même a été l’objet d’innovations, pour la gestion des nombreuses interfaces techniques et l’ingénierie simultanée, la gestion des données.
Les travaux d’étude sur Astrid se concluent à la fin de l’année 2019, avec l’élaboration d’un dossier qui récapitule dix années de développement et capitalise les connaissances accumulées, les choix et leurs motivations de façon à les rendre utilisables dans le futur.

Rapport sur
le nucléaire du futur

RapportAvancées des recherches sur la séparation-transmutation et le multi-recyclage du plutonium dans les réacteurs à flux de neutrons rapides.



Un cœur innovant à sûreté améliorée

Breveté en 2010, le cœur « à faible vidange » (CFV) est l’un des principaux éléments qui différencient la conception d’Astrid de celle des réacteurs à neutrons rapides précédents. L’enjeu, pour les équipes du CEA et de ses partenaires, était de développer un cœur dont la réactivité diminue en cas de fuite de sodium, jusqu’à l’arrêt des réactions nucléaires.

Des ultrasons pour percer l'opacité du sodium

Parmi les innovations apportées par le projet Astrid, le développement d’une instrumentation permettant la visualisation sous sodium constitue une avancée majeure. L’objectif étant d’améliorer la démonstration des capacités d’inspection et de surveillance.
Comment voir à travers le sodium chaud, milieu opaque à l’aspect d’aluminium fondu ? À partir du retour d’expérience des réacteurs à neutrons rapides ayant déjà fonctionné dans le monde, des équipes du CEA ont développé deux techniques de contrôle non destructif par ultrasons. Celles-ci utilisent des traducteurs (dispositif convertissant un signal physique en un signal mécanique) électromagnétiques et piézoélectriques. Immergés dans le sodium, ils émettent des ultrasons et enregistrent les échos qui leur reviennent. Les données sont ensuite analysées par des algorithmes de traitement du signal pour visualiser en 3D l’objet ou la surface rencontrés, détecter d’éventuelles fissures ou encore identifier un assemblage de combustible dans le cœur.
Une prouesse au regard des contraintes propres à un réacteur : températures de 200 à 600 °C, irradiations, compatibilité chimique des matériaux avec le sodium.
Ces développements se poursuivent ainsi que celui des algorithmes pour traiter l’information afin de reconstituer de façon optimale l’image attendue.

Maîtriser les inconvénients du sodium

Pour limiter les conséquences d’une mise en contact accidentelle de ce métal liquide avec l’eau, les chercheurs du CEA ont étudié le remplacement du générateur de vapeur servant à produire de l’électricité par un circuit et une turbine fonctionnant à l’azote pressurisé.
Les risques d’incendie, liés à une fuite de sodium dans le bâtiment, ont également été étudiés très spécifiquement : ils pourraient être limités par les progrès sur la détection de fuites ainsi que par le casematage ou l’inertage des locaux les plus exposés.
Les partenaires et leur contribution au projet
Pour la mise en œuvre du projet Astrid, le CEA est entouré d’industriels partenaires qui participent aux études au travers d’accords de collaboration prévoyant une contribution sur leurs fonds propres. Ce projet implique d’ores et déjà 600 personnes, dont près de la moitié sont des personnels de ces partenaires. Tandis que la maîtrise d’ouvrage et le pilotage du projet sont assurés par le CEA, de nombreux industriels, français mais aussi étrangers, y participent :

  • CEA : pilote du projet et chargé de la conception du cœur
  • Ariane Group : fiabilité et sûreté de fonctionnement
  • Alcen : cellules chaudes
  • Framatome : chaudière, contrôle commande et auxiliaires nucléaires
  • Bouygues : génie civil et ventilation
  • CNIM : valorisation de la chaleur pour optimiser le rendement du système de conversion d'énergie au gaz
  • EDF : assistance à maîtrise d’ouvrage, retour d’expérience d’exploitation, des études de sûreté et de conception du cœur, de l'inspection en service et des matériaux (durée de vie)
  • General Electric : système de conversion d’énergie eau-vapeur et gaz
  • JAEA, MHI et MFBR : conception de systèmes de sûreté d'Astrid et contribution à la R&D associée
  • Nox : moyens communs et infrastructures
  • Onet technologies : innovations sur robotique et manutention
  • Rolls-Royce : échangeurs compacts sodium-gaz et manutention du combustible
  • Toshiba : pompes électromagnétiques de grande taille
  • Velan : conception et développement de vannes sodium d’isolement sur la boucle secondaire
  • Technetics : développement de solutions innovantes d’étanchéité pour les traversées de dalle et la robotique