Vous êtes ici : Accueil > Découvrir et Comprendre > Les thèmes > ASTRID, une option pour la quatrième génération

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

ASTRID, une option pour la quatrième génération

Pourquoi s'orienter vers des réacteurs de quatrième génération à neutrons rapides refroidis au sodium ?


​Besoin vital et facteur de croissance, la maîtrise de l’énergie est un enjeu majeur du monde de demain. L’industrie nucléaire dispose à cet égard de sérieux atouts tout en étant confrontée à des problématiques de sûreté, de durabilité des ressources, de gestion des déchets qui imposent de poursuivre sur la voie de l’innovation technologique.

Publié le 19 octobre 2017

Enjeux énergétiques

Certains chiffres parlent d’eux-mêmes : en 2030, la demande énergétique à l’échelle du globe aura doublé sous l’effet conjugué de l’augmentation de la population – nous serons 9 à 10 milliards en 2050 – et de la croissance des pays émergents. À l’heure où les ressources disponibles sont en voie de raréfaction et où il apparaît de plus en plus urgent d’engager une lutte efficace contre le changement climatique, il est devenu indispensable de disposer de sources d’énergie à la fois compétitives et à bas carbone.

En étant capable de produire massivement de l’électricité sans générer de gaz à effet de serre, le nucléaire dispose d’atouts qui lui permettent de s’imposer comme l’une des solutions prometteuses. Mais, cette industrie est, comme d’autres, confrontée aux problèmes de sûreté de son approvisionnement et de raréfaction de ses matières premières. En 2015, on estimait que les ressources disponibles en uranium s’élevaient à 76 giga tonnes équivalent pétrole, contre 160 et 239 pour le gaz et le pétrole. 

Enfin, le multirecyclage du plutonium, le devenir des déchets à vie longue comme les actinides mineurs et la lutte contre la prolifération nucléaire sont autant de questions qui imposent de poursuivre sur la voie de l’innovation en matière de technologie nucléaire.



Les réacteurs de quatrième génération

Modélisation d'un réacteur à neutrons
Modélisation du comportement nominal d’un réacteur à neutrons rapides de IVe génération.
© P.Stroppa/CEA

Lancé en l’an 2000 sur proposition des États-Unis, le Forum international génération IV s’est fixé pour but de promouvoir le nucléaire du futur.

En 2001, les partenaires* de ce forum établissent une charte officielle, donnant le coup d’envoi de cette instance de coopération en matière de R&D pour établir la faisabilité et les performances des réacteurs du futur. 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 intrinsèquement 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. Elle pilote aussi les études de conception d'un démonstrateur technologique de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR-Na), nommé Astrid.

* En 2016, 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.


Pourquoi la France a-t-elle orienté
ses recherches sur les réacteurs à neutrons rapides (RNR) ?

Ce choix s'explique par leurs multiples avantages.

La première est que les réacteurs à neutrons rapides peuvent utiliser sans limitation tout le plutonium produit par le parc actuel des réacteurs à eau légère ou par eux-mêmes, ce qui permet d’assurer une gestion rationnelle et pérenne du plutonium, justifiant ainsi pleinement son statut de matière énergétique valorisée.

La deuxième est qu’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.

Troisièmement, ils offrent 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.

Le choix des réacteurs à neutrons rapides 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.

En France, les études sont pilotées par le CEA, autour du projet Astrid, qui bénéficiera de l’expérience des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) ayant déjà fonctionné dans le monde, mais qui sera en rupture technologique complète avec eux.

Le choix du sodium comme fluide caloporteur découle d’une analyse multicritères. Outre le fait qu’il ne ralentit pas les neutrons – condition essentielle pour les réacteurs à neutrons rapides –, le sodium liquide est doté de bonnes propriétés thermiques (conductivité, évacuation de la chaleur) et d’une faible viscosité, ce qui en fait un excellent caloporteur. Il est faiblement activé par les neutrons, ce qui évite de produire de grandes quantités de déchets radioactifs. Il est peu corrosif, ce qui le rend compatible avec les aciers. En outre, il offre d’excellentes garanties en termes de sûreté ; sa grande inertie thermique confère ainsi aux RNR-Na un excellent comportement en cas de perte de source froide externe (atmosphère, eau). 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 ; ainsi, l’utilisation du sodium ne constitue pas un frein à l’atteinte des objectifs de la quatrième génération. 


En vidéo

VidéoLes réacteurs nucléaires de 4ème génération dans les enjeux énergétiques de demain


Pour le projet de réacteur à neutrons rapides, refroidi au sodium, appelé Astrid, le CEA travaille avec des partenaires publics et privés. Depuis 2010, le CEA est maître d’ouvrage de ce démonstrateur technologique industriel de 600 MWe. Actuellement en phase d’étude, le projet se déroule selon un planning défini en accord avec l’Etat au titre de la convention signée par l’État et le CEA dans le cadre du programme d’investissements d’avenir consacré au nucléaire du futur.