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Les filières de réacteurs nucléaires

Publié le 16 février 2015

​Depuis les débuts de l’industrie électronucléaire, plusieurs filières de réacteurs ont été développées à travers le monde. Ces filières se distinguent par des choix d’options technologiques, principalement en termes de type de combustible, de fluide caloporteur ou de modérateur.

​La conception d’un réacteur nucléaire nécessite d’effectuer un certain nombre de choix d’options technologiques. Parmi elles, trois caractéristiques majeures permettent de classer les réacteurs en différentes filières. Ces trois caractéristiques sont :

  • La nature de la matière fissile utilisée comme combustible nucléaire ;

  • Le fluide caloporteur, qui permet de récupérer la chaleur produite au niveau du cœur et de l’acheminer ;

  • Le modérateur, qui détermine l’énergie moyenne des neutrons dans le cœur du réacteur.


Les critères qui permettent d’effectuer ces choix d’options évoluent avec le temps. Ils peuvent être d’ordre technique ou économique. Par exemple, les premières filières historiquement développées devaient répondre à une contrainte majeure : être capables de fonctionner avec de l’uranium naturel comme combustible, contraignant ainsi les autres options technologiques et notamment le choix du modérateur. Avec le développement des technologies d’enrichissement de l’uranium, de nouvelles filières fonctionnant à l’uranium enrichi ont pu se développer.


filière technologique des réacteurs à eau pressuriséeFilière technologique des réacteurs à eau pressurisée (REP) - crédit : C. Beurtey/CEA


 

La notion de « filière » est distincte de celle de « génération » qui correspond à des progrès majeures en termes de sûreté de fonctionnement, de sécurité et d’économie du combustible ou encore de compétitivité. Plusieurs technologies de réacteurs peuvent ainsi exister au sein d’une même génération de réacteurs.



Les filières de réacteurs actuellement en service
dans le monde
et leurs critères de classement


Filière Combustible ​Modérateur Caloporteur​
RBMK​Uranium faiblement enrichi ​Graphite ​Eau
​UNGGUranium naturel ​​Graphite ​Gaz
Candu
​Uranium naturel

​Eau lourde

​Eau lourde ou légère
​REP et REB
​Uranium enrichi

​Eau légère

​Eau légère sous pression ou bouillante
​RNR​Uranium enrichi, naturel, de recyclage, plutonium ​Aucun​Métal ou gaz

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La filière RBMK 

Reactor Bolchoie Molchnastie Kipiachié

Ces réacteurs, modérés au graphite et refroidis à l’eau, ont été construits dans l’ex-Union soviétique en Russie, en Ukraine et en Lituanie. Beaucoup ont été arrêtés à la suite de l’accident de Tchernobyl en 1986. Ceux qui restent en fonctionnement ont bénéficié d’importantes améliorations sur le plan de la sûreté. Néanmoins, l’absence d’enceinte de confinement reste un souci majeur.


La filière UNGG

Uranium naturel graphite gaz

Les réacteurs modérés au graphite et refroidis au gaz, peu compacts et d’une faible puissance – 500 MWe au mieux –, ont progressivement disparu en France, en Italie, en Espagne et au Japon. Ils ne subsistent aujourd’hui qu’en Grande-Bretagne avec les réacteurs Magnox et AGR et représentent 4 % de la capacité mondiale de production nucléaire.


La filière Candu

CANada Deuterium Uranium

Cette filière à eau lourde est aujourd’hui la seule filière de réacteurs de 1ère génération qui continue à être commercialisée. Son fonctionnement à l’uranium naturel, sa conception modulaire et sa puissance dans la gamme de 300 à 600 MWe ont favorisé son exportation vers des pays comme l’Inde, le Pakistan, la république de Corée, l’Argentine, la Roumanie et la Chine. Le dernier modèle Candu, l’ACR 750, utilise de l’eau légère comme caloporteur, le modérateur restant cependant l’eau lourde, associé à un uranium légèrement enrichi.


La filière à eau légère

REP ou REB

Cette filière – à eau sous pression (REP) ou à eau bouillante (REB) – représente 85 % de la puissance installée à travers le monde, dont la moitié pour les réacteurs à eau sous pression. Leur succès est dû à leur compacité, à leur simplicité de conception et à leur attractivité économique. En France, les atouts économiques de ces réacteurs ont été soulignés dès 1967 dans un rapport officiel. La décision de les utiliser date de 1969. Ils utilisent de l’uranium enrichi à environ 4 % en 235U. Ils ne consomment qu’une très faible partie de l’uranium extrait des mines – de l’ordre de 0,5% – et ils ont un rendement thermodynamique modeste (autour de 34%).


La filière à neutrons rapides

RNR

Ces réacteurs ont intéressé les concepteurs depuis le début des années 1950 en raison de leur capacité à utiliser presque tout le potentiel énergétique de l’uranium et à permettre le multi-recyclage du plutonium. Le premier réacteur électrogène construit aux États-Unis en 1951, l’EBR-1, était un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium. De nombreux prototypes ont été construits dans les années 1970-1980, en particulier en Europe (PFR et DFR en Grande-Bretagne, SNR-300 en Allemagne, Rapsodie, Phénix et Superphénix en France). Le dernier à avoir fonctionné en France est Phénix, arrêté en 2010. Aujourd’hui, seuls la Russie, avec BOR-60 et BN-600, et le Japon, avec Joyo et Monju, possèdent encore des RNR en fonctionnement. De nouveaux réacteurs sont en cours de construction en Russie (BN-800) et en Inde (PFBR-500).






Notions clés

Une « filière »  de réacteur nucléaire correspond à un choix d’options technologiques, à ne pas confondre avec les « générations» de réacteurs.


En France, la totalité des réacteurs en activité sont des REP. Le réacteur EPR en construction à Flamanville (Manche), appartient à cette filière.

 


 


 


 


 










 














 


 

Centrale nucléaire de Chooz. Crédit : F.Rhodes/CEACentrale nucléaire de Chooz en région Champagne-Ardenne reposant sur la filière à eau légère (REP) - Crédit : F.Rhodes/CEA


 


 

Vues extérieures du réacteur nucléaire de recherche Phénix, mis en service en 1974 sur le site CEA de Marcoule (Gard), a permis de faire la démonstration industrielle de la filière des réacteurs à neutrons rapides. Il a été arrêté en 2009.Crédit : F.Vigouroux/CEAVues extérieures du réacteur nucléaire de recherche Phénix. Ce réacteur nucléaire, mis en service en 1974 sur le site CEA de Marcoule (Gard), a permis de faire la démonstration industrielle de la filière des réacteurs à neutrons rapides. Il a été arrêté en 2009.
Crédit : F.Vigouroux/CEA