Sujet de thèse pour la rentrée 2014 Laboratoire : Subatech

Sujet de thèse pour la rentrée 2014
Laboratoire : Subatech
Titre du sujet de thèse : Etudes de scénarios électronucléaires intégrant la gestion de l’inventaire de
fin de vie du parc
Encadrement de la thèse : Nicolas Thiollière (02 51 85 86 42)
Financement : allocation école des mines
Présentation du sujet :
Les études de scénarios électronucléaires sont nécessaires pour évaluer de manière scientifique les différentes options
concernant l'énergie nucléaire du futur. Elles peuvent se décomposer en trois gran des parties : la définition des hypothèses de
départ ; la modélisation de l'évolution du parc nucléaire ; l'analyse des observables de sortie. Afin d'être évaluée de manière
exhaustive, l’étude d’un scénario électronucléaire doit intégrer la gestion et le suivi temporel de l'inventaire de matières dans le
parc durant son exploitation, pendant la phase d’arrêt et au delà. En effet, il a été montré que le plutonium contenu dans un
cœur en fin de cycle, domine largement la radiotoxicité à long -terme du combustible usé. Or en France, cet élément est
considéré comme recyclable. À la fin de l’exploitation du parc électronucléaire, le plutonium devient par conséquent un
déchet à gérer. Minimiser les quantités de plutonium dans les déchets ultimes peut alors permet tre de diminuer les risques
radiologiques dans les sites de stockages définitifs et optimiser leurs tailles.
La thèse proposée s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherche plus large pluriannuel sur la modélisation des
scénarios électronucléaires dans lequel le CNRS et l’IRSN sont impliqués depuis plusieurs années. Une première phase de la
thèse consistera à contribuer à la définition de quelques (deux ou trois) scénarios majeurs envisageables et à hiérarchiser leur
étude. Pour chacun des scénarios sélectionnés il sera alors nécessaire d’évaluer l’impact des stratégies de gestion du
combustible sur l’ensemble du cycle en mettant l’accent sur l’inventaire en déchets associé en termes de types, volumes et
radiotoxicité. L’objectif est également d’évaluer la faisabilité et le gain du à l'incinération du plutonium multi-recyclé dans les
réacteurs électrogènes supposés en place pour un scénario donné. Différents types de réacteurs seront envisagés en fonction d e
la date de fin de jeu fixée. Dans le cas, d’une sortie à court terme, seules des technologies déjà existantes ou assez matures
comme des EPR seront étudiées pour réduire au mieux les inventaires destinés aux déchets. Par contre, pour les scénarios
considérant le maintien du nucléaire à plus long terme, le déploiement de réacteurs de quatrième génération est à examiner. Les
cœurs à spectre rapide semblent alors les plus favorables à la transmutation du plutonium, voir des autres éléments
transuraniens. Le type de réacteurs est un des points clés pour l’analyse des risques liés à un scénario. Cependant, les
paramètres de pilotage d'un cœur chargé en plutonium se dégradent rapidement en cas de multi-recyclage dans un cœur
critique, ce qui a un impact sur leur sûreté. Les réacteurs sous -critiques, appelés aussi ADS (Accelerator Driven system)
peuvent apporter un degré de liberté supplémentaire. La qualité isotopique du plutonium est dans ce cas moins problématique
dans la mesure où le cœur a, par définition, une marge supplémentaire pour le contrôle de la réaction en chaine. De plus, les
scénarios incluant la gestion de la fin de vie du parc électronucléaire à long -terme, rend la question de la maturité technique
d'un ADS moins rédhibitoire.
Le groupe ERDRE est fortement engagé dans les études de scénarios électronucléaires à travers le développement d'un
code en langage C++ appelé CLASS (Core Library for Advanced Scenario Simulation). Ce code est développé en
collaboration avec des laboratoires de l'in2p3 (IPNO, LPSC) et l'IRSN. Son objectif est de calculer de manière précise
l'évolution de l'inventaire en matière radioactive dans un parc nucléaire complexe à l'équilibre ou en phase de transition. Le
code étant en cours de qualification, une part du travail du doctorant sera dédié à sa validation. Il prendra notamment part à la
préparation des librairies d’entrée dépendant des systèmes nucléaires utilisés. La définition d’un scénario demande la prise en
compte de nombreux facteurs pouvant influencer les résultats. Des études paramétriques sont donc à réaliser afin de définir une
hiérarchie des données d’entrées, ou encore de mettre en évidence des corrélations. Cela conduira naturellement à la réalisat ion
d’études de sensibilités auxquelles pourront être appliquées des algorithmes d’inversion -optimisation, déjà utilisées à l’IRSN
dans le cadre de ses activités au sein du consortium DICE. Afin d’estimer la pertinence des résultats, l’étude de la propagat ion
des incertitudes est également un axe de travail à envisager. La réalisation de comparaison avec d’autres codes est aussi à
prévoir pour des scénarios complexes. Ces études complémentaires seront menées parallèlement au travail de thèse par les
équipes en place à l’IRSN et au CNRS/in2p3.
Les adresses électroniques sont sous forme (prenom.nom_at_subatech.in2p3.fr)