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Les réacteurs nucléaires

D'une génération de réacteur nucléaire à l'autre


Chaque génération de réacteur nucléaire apporte des améliorations majeures en réponse aux grands enjeux de leur époque.

Publié le 8 août 2016

Les premiers réacteurs électronucléaires ont été construits au cours des années 1950 aux États-Unis, en Union Soviétique et en France. Depuis, plusieurs générations de réacteurs sont apparues à travers le monde ; on en distingue quatre aujourd’hui.

Ce classement correspond à des progrès majeurs intégrés dans chaque génération en termes de sûreté de fonctionnement, de sécurité et d’économie des ressources en combustible ou encore de compétitivité économique. 


Génération et filière :
deux notions distinctes

Dans l’industrie nucléaire, la notion de « génération » est distincte de celle de « filière technologique ». En effet, une génération peut inclure différentes technologies de réacteurs. Les différences entre les générations correspondent à des critères d’exigences spécifiques à chaque période.

Les différentes générations de réacteurs nucléaires
Les différentes générations de réacteurs nucléaires © C. Beurtey/CEA



Quatre générations de réacteurs nucléaires

Depuis le lancement, en 2001, du Forum international Génération IV dédié aux recherches sur les « réacteurs du futur », les professionnels distinguent quatre générations de réacteurs à fission nucléaire. Chacune répond à des objectifs liés aux enjeux de l’époque de leur conception. Compte tenu de la durée de fonctionnement de ces équipements, on trouve des réacteurs de différentes générations en activité ou en cours de construction. Ainsi, la quatrième génération de réacteurs est en phase de conception, tandis que la majeure partie des réacteurs actuellement en exploitation est de deuxième génération, et que la troisième génération commence à se déployer.


La première génération de réacteurs nucléaires

La première génération de réacteurs nucléaires comprend les prototypes et les premiers réacteurs de taille industrielle à usage commercial mis au point dans les années 1950 et 1960 et entrés en service avant les années 1970. Durant cette période, la France, qui ne disposait pas des technologies d’enrichissement de l’uranium, a développé une filière technologique utilisant l’uranium naturel comme combustible.

La deuxième génération de réacteurs nucléaires

Simulation du comportement d'un combustible dans un réacteur de deuxième génération
Simulation du comportement du combustible dans un réacteur de deuxième génération © P.Stroppa/CEA

Les réacteurs nucléaires de deuxième génération sont entrés en service à partir des années 1970. Ils répondaient à la nécessité d’atteindre une meilleure compétitivité de l’énergie nucléaire et d’améliorer l’indépendance énergétique, dans un contexte de fortes tensions sur le cours des énergies fossiles (choc pétrolier). La majorité des réacteurs actuellement en exploitation dans le monde sont des réacteurs de 2e génération. En France, ils appartiennent à la filière à eau sous pression (REP), une technologie américaine adaptée par EDF.


La troisième génération de réacteurs nucléaires

La troisième génération de réacteurs nucléaires met l’accent sur les impératifs liés à la sûreté et à la sécurité : résistance renforcée aux agressions externes, type chute d’avion par exemple. Ces réacteurs tirent les enseignements du retour d’expérience de l’exploitation des réacteurs de 2e génération, des accidents de Three Mile Island et de Tchernobyl ainsi que des attentats du 11 septembre 2001. Exemple de réacteur de ce type : l’EPR (European Pressurized Reactor), dont quatre sont actuellement en construction (un en France, un en Finlande et deux en Chine) et plusieurs autres sont prévus, notamment au Royaume-Uni.


La quatrième génération de réacteurs nucléaires

La quatrième génération de réacteurs nucléaires correspond aux réacteurs, actuellement en phase de conception, qui pourraient voir un déploiement industriel à l’horizon 2050. Ils sont en rupture technologique totale avec tout ce qui a été réalisé jusqu’à présent. Les recherches sur ces systèmes du futur sont menées dans le cadre du Forum international Génération IV qui a établi les critères auxquels ils devront répondre : la durabilité, la sûreté, la compétitivité économique et la résistance à la prolifération nucléaire.


Zoom

Le Forum international génération IV

En 2001, les partenaires* du Forum international Génération IV établissent une charte officielle et donnent le coup d’envoi de leur 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 à neutrons rapides (RNR) : RNR sodium, RNR gaz et RNR plomb. Les autres sont les réacteurs à eau supercritique (RESC), à très haute température (RTHT) et à sels fondus (RSF).

* Aujourd’hui, ils sont 14 : Afrique du Sud, Argentine, Australie, Brésil, Canada, Corée du Sud, Chine, Etats-Unis, France, Japon, Royaume-Uni, Russie, Suisse ainsi qu’Euratom.
Le saviez-vous ?
Coeur de réacteur expérimental EOLE
Le réacteur expérimental EOLE, de très faible puissance, est destiné aux études neutroniques de réseaux modérés, en particulier ceux des réacteurs à eau pressurisée industriels. © P.Stroppa/CEA

Certains réacteurs sont destinés à  la recherche et ne produisent pas  d’électricité. Ils permettent par  exemple de mesurer les caractéristiques  neutroniques des réacteurs,  d’étudier le comportement des matériaux  et des combustibles sous  irradiation, les conséquences de  situations accidentelles mais aussi  de valider des concepts nouveaux  et des prototypes. Les réacteurs  expérimentaux sont également  utilisés pour produire des radionucléides  utilisés en médecine pour  le diagnostic et la radiothérapie.

AnimationLe réacteur à eau pressuriséeAfficher en plein écran

Les filières de réacteurs nucléaires

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. Parmi elles, trois  caractéristiques majeures permettent de classer les  réacteurs en différentes filières :  

  • la nature de la matière fissile utilisée comme  combustible nucléaire (ex : uranium naturel,  uranium enrichi, plutonium) ; 
  • le fluide caloporteur, qui permet de récupérer  la chaleur produite au niveau du cœur et de  l’acheminer (ex : eau ordinaire sous pression ou  bouillante, eau lourde, gaz carbonique, sodium,  hélium) ; 
  • le modérateur, qui détermine l’énergie moyenne  des neutrons dans le cœur du réacteur (ex : eau  ordinaire, eau lourde, graphite). 


Une combinaison de ces trois éléments produit des  réacteurs ayant des caractéristiques différentes, qui ne  satisfont pas tous de la même façon les différents critères  de sélection d’une filière de réacteurs nucléaires. 

Ces critères, d’ordre technique ou économique, évoluent  avec le temps. Par exemple, les premières filières développées  devaient être capables de fonctionner avec de  l’uranium naturel comme combustible, limitant ainsi le  choix du modérateur. Avec le développement des technologies  d’enrichissement de l’uranium, de nouvelles  filières fonctionnant à l’uranium enrichi ont vu le jour.


​FilièreCombustible​​ModérateurCaloporteur​
Réacteur UNGG (Uranium naturel graphite-gaz)
Première filière développée en France. Le dernier réacteur de cette génération a été arrêté en 1994.
​Uranium naturel (0,7 % d'uranium 235)
Carbone solide (graphite)​
Gaz carbonique​
Réacteur CANDU
Filière développée au Canada
Uranium naturel ​Eau lourde*
​Eau lourde sous pression
Réacteur RBMK
(Reactor Bolchoe Molchnastie Kipiachie ou en français "Réacteur bouillant de grande puissance")
Ces réacteurs constituent 40 % du parc nucléaire de l'ex-URSS.
​Uranium enrichi à 1,8 % d'uranium 235
​Carbone (graphite)
​Eau bouillante
Réacteur à eau bouillante (REB)
Filière développée aux Etats-Unis, au Japon et en Suède
Uranium enrichi à 3 % d'uranium 235
​ ​Eau ordinaire entrant en ébullition dans le cœur
Réacteur à eau sous pression (REP)
La filière la plus classique dans le monde occidental.
Elle a été développée en ex-URSS sous le nom de "VVER".

Uranium enrichi à 3 % d'uranium 235​Eau sous pression maintenue à l'état liquide.
L'eau sous pression est à la fois le modérateur et le caloporteur.
Réacteur à neutrons rapides (RNR)
Le réacteur Phénix (250 MWe), prototype français, a fonctionné de 1973 à 2009.
​Uranium enrichi ou plutonium
​Aucun : les neutrons restent rapides.
​Sodium liquide.
Ne ralentit pas les neutrons.

* Eau lourde : constituée de molécules d’eau dont l’atome d’hydrogène est un atome de deutérium, isotope lourd de l’hydrogène