Efficacité maximum avec les réacteurs du futur

Mieux exploiter les ressources, recycler le combustible et garantir la sécurité... La quatrième génération de réacteurs va demander encore vingt ans de recherche.

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Efficacité maximum avec les réacteurs du futur

Comme le pétrole, l'uranium n'est pas inépuisable. Selon l'Agence internationale de l'énergie (IEA), la capacité électronucléaire devrait être multipliée par quatre d'ici à 2050, pour atteindre 1 500 GW. Avec une telle puissance installée, nous n'aurions aujourd'hui devant nous que dix-huit ans de réserves...

Pour avoir une énergie nucléaire qui dure plusieurs siècles, il faut mettre au point des réacteurs qui brûlent 80 à 90 % de l'uranium et non un très maigre 0,5 % comme c'est le cas des meilleurs réacteurs actuels. Cette course à la performance passe par la maîtrise des réacteurs à neutrons rapides - la quatrième génération - qui peuvent aussi consommer de l'uranium naturel ou de l'uranium appauvri. 220 000 tonnes de ces matériaux dorment en France, issus de l'enrichissement, soit 5 000 ans de production électronucléaire ! L'autre intérêt de ces réacteurs à neutrons rapides : ils minimisent les déchets radioactifs à vie longue (les actinides).

L'objectif du Forum génération IV est bien d'inscrire le nucléaire dans la durée. Ce consortium international réunit l'Afrique du Sud, l'Argentine, le Brésil, le Canada, la Corée du Sud, la France, le Japon, le Royaume-Uni, la Suisse, les Etats-Unis et les Etats signataires du traité Euratom. Ils ont été rejoints par la Russie et la Chine, qui doivent signer l'accord de recherche en novembre. Leur but : organiser les recherches sur six types de réacteurs. Quatre sont basés sur les neutrons rapides. Le cinquième, très prospectif, fonctionne avec des sels fondus et le dernier est un réacteur à très haute température.




La technologie des neutrons rapides permet de fissionner - casser - les atomes d'uranium 235 (0,05 % du combustible) utilisés aujourd'hui, mais aussi les atomes d'uranium 238 (plus de 90 % du combustible). Ces atomes d'uranium 238 sont pour partie transmutés en plutonium 239, qui est lui aussi un combustible. Le réacteur est donc un surgénérateur, capable de fabriquer plus d'énergie qu'il n'en consomme. Pour ces systèmes, l'eau, imperméable aux neutrons rapides, n'est pas le bon caloporteur. Les alternatives : le sodium, les gaz inertes, le plomb ou l'eau supercritique.

Dans le réacteur haute température, l'eau est remplacée par un gaz inerte (CO2 supercritique, azote, hélium). La quasi-totalité du combustible est consommée, tout en montant à des températures très élevées, de 800 à 900 °C. Cette chaleur pourrait être utilisée à des fins industrielles (pétrochimie, raffineries, carburants de synthèse). Total a envisagé de l'utiliser pour exploiter les sables bitumineux du Canada. Ce type de réacteur pourrait être associé à la production à grande échelle d'hydrogène, utilisable par exemple dans des piles à combustible.

Une longueur d'avance dans le sodium

Son plan de développement plutôt rapide (les premiers réacteurs pourraient être opérationnels en 2025) et ses applications commerciales attirent les subsides. Aux Etats-Unis, 1,25 milliard de dollars ont été alloués en 2005 au laboratoire national de l'Idaho, pour un réacteur de démonstration qui produirait de l'hydrogène vers 2020. General Electric avoue aussi être intéressé par ces réacteurs. En France, Areva mène depuis 2003 le programme Antarès. Un projet de source de chaleur multifonction, de 600 MWth.

Sur ces six systèmes, la France privilégie les recherches sur le réacteur à neutrons rapides sodium, le gaz étant étudié comme une alternative. Un choix logique. Grâce aux « précurseurs » Phénix et TFR, la France dispose de connaissances et de savoir-faire qui lui donnent une longueur d'avance. Il ne s'agit plus d'expérimenter le concept, mais de fournir un prototype industriel pour 2020.

Des systèmes antigaspi

Les nouveaux réacteurs doivent prendre le relais des réacteurs actuels à partir de 2040, et visent deux objectifs :
> Economiser le combustible, en brûlant plus de 80 % de l'uranium (contre 0,5 % aujourd'hui), et le recycler au maximum.
> Générer de la chaleur (800-1000°C) pour la production d'hydrogène, la gazéification du charbon, la sidérurgie, la pétrochimie...

Le nouveau réacteur expérimental Jules Horowitz, dont la construction a été lancée en mars à Cadarache (Bouches-du-Rhône), participera au développement de nouveaux aciers, de composites en carbone ou carbure de silicium qui devraient être utilisés dans les futurs RNR sodium. Ce projet, d'un coût de 500 millions d'euros, est financé à 50 % par le CEA. EdF participe à hauteur de 20 % et Areva à hauteur de 10 %. Pour le combustible, deux installations expérimentales doivent être installées à La Hague pour produire le combustible expérimental (un Mox) et le combustible de base associé au futur réacteur.

L'autre chantier est celui de la compétitivité. Un tel réacteur coûte 30 % plus cher qu'un système de génération 3, à puissance égale. Il faut donc simplifier le réacteur et progresser dans l'exploitation et l'inspection. Cela passe par la conception de composants très modulaires et plus compacts, comme des échangeurs.

L'union européenne revient dans la course

Pour les réacteurs rapides à gaz, la clé de voûte du système, c'est le combustible, qui devra résister aux très hautes températures, aux alentours de 850°C. La solution passera sans doute par des matériaux réfractaires : des aiguilles de carbure de silicium, ou des céramiques.

Sur ce terrain, la France n'est plus isolée en Europe. Après avoir consacré pendant des années 96 % de ses financements pour la recherche nucléaire (500 millions d'euros pour le VIe PCRD) à des sujets politiquement corrects, la radioprotection et la gestion des déchets, l'Union européenne revient dans la course. Elle s'apprête à mettre en place une plate-forme technologique pour tester l'ensemble des six technologies dans différents pays, autres que la France.

En attendant la quatrième génération, les chercheurs veulent optimiser les réacteurs actuels. La priorité est d'augmenter leur facteur de conversion. « Nous pouvons espérer aller jusqu'à 0,85 %, contre 0,5 % aujourd'hui », avance Franck Carré, le directeur adjoint du développement et de l'innovation nucléaire au CEA. Des pourcentages faibles, mais qui représenterait tout de même un bond de 70% dans l'exploitation du combustible. Et permettrait d'introduire un peu de flexibilité dans les réserves minières, au cas où la génération IV tarderait à se développer.


Virginie Lepetit

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