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Les réacteurs nucléaires du futur

Publié le 5 octobre 2016

​Plusieurs pays, dont la France, ont décidé de mettre en commun leurs efforts au sein du Forum international « Génération IV » pour développer la future génération de réacteurs nucléaires. La conception d’un réacteur nucléaire nécessite des années de recherche (environ 20 ans voire plus si la maturité du concept est faible) : différentes technologies sont donc déjà à l’étude pour succéder aux réacteurs actuels (les réacteurs de Génération 2, actuellement en fonctionnement et ceux de Génération 3, comme l’EPR en cours de construction). Ce forum a établi les critères auxquels ces futurs réacteurs de Génération 4 devront répondre – durabilité, sûreté, compétitivité économique et résistance à la prolifération nucléaire – et sélectionné 6 technologies pouvant y répondre.

​La quatrième génération
de réacteurs nucléaires

La 4ème génération correspond aux réacteurs, actuellement en conception, qui pourraient voir un déploiement industriel à l’horizon 2040-2050. Les quatre objectifs de cette nouvelle génération de réacteurs sont :

  • la sûreté et la fiabilité : avec une recherche de progrès par rapport aux réacteurs nucléaires actuels, et en éliminant autant que possible les besoins d’évacuation de population à l’extérieur du site, quelles que soient la cause et la gravité de l’accident ;

  • la durabilité : les réacteurs doivent être économes des ressources naturelles dont ils ont besoin, et respectueux de l’environnement (minimisation de la production de déchets) ;

  • la compétitivité économique : aux plans du coût d’investissement, du coût du combustible, du coût d’exploitation de l’installation et de son démantèlement, et donc par voie de conséquence, du coût de production qui doit être compétitif par rapport à celui d’autres sources d’énergies ;

  • la résistance vis-à-vis de la prolifération nucléaire (détournement de l’énergie nucléaire vers un usage militaire ou terroriste) et la capacité à être aisément protégés contre des agressions externes.


La conception d’un réacteur nucléaire nécessite d’effectuer un certain nombre de choix d’options technologiques, qui vont au final définir une filière (Lire "l’essentiel sur les filières de réacteurs nucléaires"). Pour la génération 4, six concepts de niveaux de maturité différents sont à l’étude, au sein du Forum International Génération IV, créé en 2000. Aujourd’hui, seuls les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium, RNR-Na, ont vu leur faisabilité démontrée, via l’exploitation de prototypes dans différents pays dans des référentiels similaires à la Génération 2.

A propos du Forum Génération IV

Le Forum international Génération IV, lancé en 2000 par le Department of Energy (DOE) américain, est né de cette volonté de créer un cadre de R&D international en mesure de catalyser les efforts de recherche menés par différents pays pour faire émerger plus rapidement les technologies les plus performantes. Douze pays (Afrique du Sud, Argentine, Brésil, Canada, Chine, Corée du Sud, France, Japon, Royaume-Uni, Russie, Suisse, USA) et l’Union Européenne ont fait le choix d’adhérer à ce forum et de mettre ainsi en commun leurs efforts pour développer une nouvelle génération de systèmes nucléaires.




Les six systèmes étudiés
par les membres
du Forum Génération IV

Réacteurs à neutrons rapides

  • RNR-G : Réacteur à neutrons rapides à caloporteur gaz, ou Gas-cooled fast reactor system (GFR) ;

  • RNR-Na: Réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium, ou Sodium-cooled fast reactor system (SFR) ;

  • RNR-Pb : Réacteur à neutrons rapides à caloporteur alliage de plomb, ou Lead-cooled fast reactor system (LFR)


Qu’est-ce qu’un réacteur à neutrons rapides ?

Un réacteur à neutrons rapides (RNR) est un réacteur dont le flux de neutrons n’est pas ralenti (vitesse approximative 20 000 km/s), contrairement aux réacteurs du parc actuel (2 km/s). Ces réacteurs nucléaires présentent un intérêt majeur dans la gestion des matières nucléaires : ils brûlent la quasi-totalité (jusqu’à 96%) de la ressource uranium, et permettent de mieux recycler les combustibles usés, produisant de ce fait moins de déchets. Sur le plus long terme, ils offrent la possibilité de réduire la quantité et la radio-toxicité des déchets.

Réacteur à très haute température

RTHT : Réacteur à très haute température refroidi à l’hélium, ou Very high temperature reactor system (VHTR).

Qu’est-ce qu’un réacteur à très haute température ?

Un RTHT est un réacteur qui permet de produire de la chaleur à très haute température (environ 1 000°C). Cette chaleur peut ensuite être utilisée telle qu’elle, pour fabriquer de l’électricité ou de l’hydrogène, voire combiner ces usages (« cogénération »).

Réacteur à eau supercritique

RESC : Réacteur à eau supercritique, ou Supercritical water-cooled reactor system (SCWR).

Qu’est-ce qu’un réacteur à eau supercritique ?

Ce concept de réacteur conserve le système de refroidissement primaire à base d’eau (comme les REP actuels), mais portée à un état « supercritique » - entre l’état gazeux et l’état liquide. Le rendement énergétique envisagé est ainsi augmenté (améliorant donc leur compétitivité économique).

Réacteur à sels fondus

RSF : Réacteur à sels fondus, ou Molten salt reactor system (MSR).

Qu’est-ce qu’un réacteur à sels fondus ?

Un réacteur à sels fondus repose sur le principe d’intégrer le combustible directement dans le caloporteur. Le but est de permettre de regrouper dans une même installation la production d’énergie et le recyclage du combustible.

D’autres modèles de réacteurs potentiels, non retenus dans le cadre du Forum Génération IV ou dérivés des grands concepts retenus, font l’objet d’intérêt de la part de divers chercheurs ou entreprises à travers le monde.




Et la fusion nucléaire ?

Les ingénieurs classent dans une autre catégorie les réacteurs à fusion, qui ne fonctionnent pas sur la fission de noyaux nucléaires. Il s’agit en effet d’une voie radicalement différente, qui s’appuie sur le phénomène physique de « fusion nucléaire », processus durant lequel deux noyaux fusionnent. Cet autre phénomène physique permet de dégager d’importantes quantités d’énergie que les chercheurs tentent de comprendre et maîtriser. Différents prototypes expérimentaux ("tokamaks", stellarators, etc.) fonctionnent dans le monde pour étudier l’intérêt et la faisabilité de cette voie de production d’énergie. Un démonstrateur à plus grande échelle, Iter, est en construction. Le premier démonstrateur électrogène, Démo, ne verra pas le jour avant le retour d’expérience d’Iter. Une filière alternative, dite à confinement inertiel, qui utilise des lasers de très haute énergie, est également étudiée.






Notions clés

  • Six technologies sont actuellement au stade de l’étude pour la future génération de réacteurs (Génération 4).

  • Les réacteurs de la 4ème génération devront répondre à des objectifs précis en termes de sûreté, durabilité, compétitivité économique et non-prolifération.

  • La faisabilité d’une filière industrielle pour chaque type de réacteurs est étudiée.

  • A côté des technologies privilégiées par le Forum Génération IV, d’autres concepts moins avancés sont explorés à travers le monde.




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














Infographie sur le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium

Infographie sur le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium - Crédit : CEA





VidéoLes réacteurs nucléaires du futur