Energie nucléaire: perspectives d`avenir

Energie nucléaire:
perspectives d’avenir
Table de matières
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Editorial: Ernest Mund, Prof. Emérite UCL, Prof. ULB
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Le réacteur nucléaire EPR, J.-P. Poncelet, AREVA
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PBMR, the future of nuclear, today. Frederick Reitsma & Dr. Johan Slabber,
PBMR (Property) Limited, South Africa
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MYRRHA, un réacteur de recherche hybride flexible pour des applications
technologiques de pointe, Prof. Dr. Hamid Ait Abderrahim, SCK-CEN
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Scénarios mondiaux de transition du parc nucléaire actuel vers un parc de
réacteurs surgénérateurs, Simone Massara, Philippe Tetart, David Lecarpentier,
Claude Garzenne, EDF R&D, France
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Inertial Fusion, Prof. C.J. Joachain, ULB
Le réacteur nucléaire EPR
J.-P. Poncelet, AREVA
Sommaire
L’EPR (Evolutionary Power Reactor) est un réacteur nucléaire à eau pressurisée «de
troisième génération», qui bénéficie de l’expérience accumulée en trois décennies
d’exploitation des précédents réacteurs à eau sous pression. L’EPR apporte des
améliorations sensibles en matière de sûreté, d’efficacité économique et
d’environnement. Du point de vue des exploitants électriciens, il est aussi une option
viable pour la transition vers la quatrième génération de réacteurs: l’EPR contribue à
maintenir l’excellence des acteurs du très exigeant secteur nucléaire: autorités,
entreprises, collaborateurs hautement spécialisés. Le réacteur EPR est en train de devenir
une réalité industrielle en Europe: l’électricien français EDF, par exemple, est pleinement
conscient des limites de son parc nucléaire actuellement en exploitation, qui pourrait faire
défaut à l’horizon 2020-2030 si la durée de vie des centrales n’était pas portée au-delà de
40 ans. En réponse à cet enjeu, la construction d’un premier EPR a déjà débuté sur le site
de Flamanville (Manche) et EDF devrait pouvoir remplacer grâce à l’EPR toute
ou partie de la puissance nucléaire française installée (62,8 GW). Mais la Finlande et
l’électricien TVO ont précédé la France en adoptant l’EPR dès décembre 2003 et en
lançant sa construction peu après. D’autres marchés européens, tel celui du RoyaumeUni, pourraient s’ouvrir prochainement à l’EPR à la faveur d’impulsions politiques.
En Belgique, un groupe de travail nommé «Commission Energie 2030» a été chargé en
2006 d'élaborer un rapport présentant les choix stratégiques de politique énergétique à
moyen et à long terme, et cette contribution a ravivé le débat sur l’opportunité de la sortie
du nucléaire (décidée en 1999). Le présent article inscrit l’EPR dans l’histoire déjà
fournie des réacteurs nucléaires civils de puissance, présente ses caractéristiques
générales et soulève ses perspectives de développement commercial.
PBMR, the future of nuclear, today.
Frederick Reitsma & Dr. Johan Slabber, PBMR (Property) Limited, South Africa
Sommaire
L’emplacement du premier réacteur PBMR (Pebble Bed Modular Reactor) de nouvelle
génération est déjà fixé sur le site de Koeberg au nord-ouest de la ville du Cap (voir Fig.
1). Le PBMR est un réacteur à haute température (HTR) modéré au graphite, refroidi à
l’hélium en cycle direct et de taille moyenne. Bien qu’il ne soit pas le seul concept HTR
développé aujourd’hui dans le monde, le projet sud-africain est considéré au niveau
international comme le projet ‘phare’ pour ce type d’installation. Le concept possède de
nombreuses caractéristiques des installations nucléaires de Génération-IV. Il a atteint un
niveau de maturité tel que sa construction devrait démarrer en 2009. Le projet sudafricain est bien placé pour bénéficier du regain d’intérêt vis-à-vis de l’énergie
nucléaire de manière à répondre aux préoccupations climatiques (émission de CO2 et
réchauffement associé). Le réacteur PBMR préfigure l’énergie nucléaire du futur pour
différentes raisons. En premier lieu, pour ses caractéristiques de sûreté passive, inhérentes
au concept. La sûreté résulte d’une petite taille favorisant le refroidissement du coeur par
des mécanismes passifs de transfert de chaleur après accident. Ceci empêche une
augmentation de température du combustible jusqu’à des valeurs pouvant conduire à des
rejets radioactifs dans l’environnement très redoutés par le public. En bref, la sûreté du
PBMR ne dépend pas de systèmes actifs pouvant subir des défaillances mais plutôt de la
conception de l’installation et des lois de la physique. Un autre aspect du ‘nucléaire du
futur’ est de nature économique: réduction des coûts d’investissement et des coûts de
fonctionnement. Ceci est dû au caractère simplifié de l’installation permettant la
construction d’ensembles modulaires. Enfin, un dernier argument est lié au fait que ses
caractéristiques permettent au HTR de contribuer au marché global de l’énergie primaire
(et pas uniquement à celui de l’électricité), via la production de chaleur à haute
température pour la fourniture d’hydrogène ou pour l’exploitation des sables
asphaltiques.
MYRRHA, un réacteur de recherche hybride flexible pour des
applications technologiques de pointe
Prof. Dr. Hamid Ait Abderrahim, SCK-CEN
Sommaire
Le SCK•CEN étudie un projet d’installation hybride ADS (‘Accelerator-Driven System’)
intitulé MYRRHA, composée d’un réacteur sous-critique à spectre de neutrons rapides
alimenté en combustible MOX, et d’une source extérieure de neutrons. Ces neutrons sont
produits par des réactions de spallation induites par un faisceau de protons accélérés et
envoyés sur une cible en métal lourd (plomb-bismuth). Le but du projet est de disposer
d’une installation permettant d’examiner plus avant le comportement de matériaux
soumis à des hauts flux de neutrons rapides (> 1 MeV); en particulier, les possibilités de
transmutation d’isotopes radio-actifs à longue demi-vie produits dans les réacteurs de
puissance LWR en fonctionnement aujourd’hui, les applications aux réacteurs du futur
(Génération-IV), les applications à la fusion thermonucléaire contrôlée et les installations
spatiales. Cet article présente brièvement MYRRHA: ses objectifs, son principe
physique, sa technologie, ses possibilités expérimentales, son coût et ses impacts sociaux
pour la Belgique.
Scénarios mondiaux de transition du parc nucléaire actuel vers un parc
de réacteurs surgénérateurs
Simone Massara, Philippe Tetart, David Lecarpentier, Claude Garzenne, EDF R&D,
France
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Le contexte énergétique mondial est marqué par la conjonction problématique d’une forte
croissance de la demande et d’un épuisement prévisible au cours du siècle des ressources
fossiles supportant aujourd’hui cette croissance. Cette problématique est aggravée par le
risque d’un dérèglement climatique incitant à mettre en oeuvre des technologies
minimisant les émissions de gaz à effet de serre. Parmi celles-ci, l’énergie nucléaire se
présente comme une technologie maîtrisée, sûre et économiquement compétitive.
Toutefois, l’uranium est composé à plus de 99% d’238U, non fissile, et les réacteurs
nucléaires exploités aujourd’hui, à spectre thermique, consomment essentiellement
l’235U, ce qui restreint considérablement la quantité d’énergie que l’on peut produire
à partir de l’uranium, et la ramène au niveau des ressources fossiles. Les filières actuelles
ne représentent donc pas une solution durable de développement de l’industrie nucléaire.
Pour répondre au défi énergétique du XXIème siècle, il sera donc nécessaire de recourir à
une technologie de Réacteurs nucléaires à Neutrons Rapides (RNR) surgénérateurs, qui
permettent de brûler la quasi-totalité de l’uranium, multipliant ainsi par un facteur 100
l’énergie pouvant être extraite de cette ressource. Toutefois, la contribution des RNR à la
demande énergétique mondiale dépend fortement de la cinétique du déploiement de
ces réacteurs au cours du XXIème siècle. Cet article met donc l’accent sur la phase de
transition entre le parc nucléaire actuel et un parc du futur composé de RNR, en
considérant deux scénarios contrastés, haut et bas, de croissance de la demande
énergétique mondiale. Si les RNR ont la potentialité de permettre un développement
durable du nucléaire, à l’échelle de milliers d’années, et minimisent la production de
déchets grâce à la fermeture du cycle, toutefois les performances envisageables en terme
de puissance maximale installée en fin de siècle et de consommation de la ressource
d’uranium naturel dépendent très significativement de quelques paramètres influant sur
leur cinétique de déploiement, principalement le coefficient de surgénération, qu’il
faudrait maximiser (en optimisant le design des RNR, voire en mettant en oeuvre des
couvertures fertiles) et la date de déploiement des RNR, qui ne doit pas être trop tardive.
Inertial Fusion
Prof. C.J. Joachain, ULB
Sommaire
Produire de l’énergie sur terre comme dans les étoiles en utilisant les réactions de fusion
nucléaire, est un défi de grande importance pour le futur de l’humanité. Après avoir passé
en revue les principes de la fusion thermonucléaire contrôlée (CTF), cet article présente
les caractéristiques fondamentales de la fusion par confinement magnétique (MCF) et de
la fusion par confinement inertiel (ICF), qui sont les deux approches de la fusion
thermonucléaire. Une discussion détaillée est ensuite donnée de la méthode ICF, depuis
les technologies des systèmes pilotes et des cibles jusqu’aux processus impliqués dans
l’allumage central et l’allumage rapide. Cet article conclut en examinant les perspectives
futures offertes par le confinement inertiel.