Préface. ..................................... 10
Avant-propos. .......................... 13
Remerciements. ...................... 15
Chapitre 1
Quelle énergie pour l’Homo sapiens sur sa planète ?
Un peu d’histoire. ...................... 18
Le réchauffement climatique. ............................................................................................. 19
Fonte des glaciers et des pôles. ............................................................................... 20
Montée des eaux. ........... 20
Événements climatiques exceptionnels. ................................................................. 20
Acidification de l’Océan. ............................................................................................. 21
Désertification et bouleversement climatique. ...................................................... 21
Quels besoins énergétiques pour le futur ?. ..................................................................... 22
Le retour de la fée électricité ?. .......................................................................................... 23
De l’énergie électrique sans production de CO2 ?. .......................................................... 23
Un monde alimenté par les seules énergies renouvelables ?. ....................................... 25
Et le bois ?. ................................. 27
De nouvelles recherches pour le futur ?. ........................................................................... 27
Et le nucléaire ?. ........................ 28
Le nouveau nucléaire ?. ............ 29
Conclusion................................. 30
Chapitre 2
Nos déchets nucléaires vont-ils passer à la poubelle ou fournir notre énergie pour des milliers d’années ?
Rappel sur les fissiles et fertiles. ........................................................................................ 34
Rappel sur le principe des réacteurs rapides. ................................................................. 34
Cycle du combustible des réacteurs à eau fonctionnant sans retraitement du combustible usé (cycle ouvert). .................................................................................... 36
Fonctionnement des réacteurs à eau avec retraitement du combustible usé (cycle avec monorecyclage du plutonium). ...................................................................... 37
Multirecyclage en REP. ............ 39
Le chaînon manquant du nucléaire français (ou la simplification du cycle REP). ...... 40
Rappel sur le cycle du combustible des réacteurs rapides. .......................................... 41
Bilan des avantages apportés par les réacteurs rapides. ............................................. 43
Coût d’approvisionnement et indépendance énergétique. ................................ 43
Des réacteurs qui n’ont plus besoin d’exploitation minière
et d’enrichissement de combustible. ....................................................................... 44
Une énergie presque illimitée. ................................................................................... 44
Une énergie dont les rejets chimiques sont nuls lors du fonctionnement des réacteurs. ................. 45
Un fonctionnement qui minimise la dosimétrie du personnel. ............................ 46
Une énergie qui réduit la quantité finale de déchets radioactifs. ..................... 46
Une énergie qui peut réduire drastiquement la durée de dangerosité
des déchets nucléaires ultimes. ............................................................................... 46
Une empreinte faible sur l’environnement. ...................................................................... 48
Conclusion................................. 49
Chapitre 3
Les réacteurs rapides existent, je les ai rencontrés
Generation IV International Forum (GIF). ........................................................................... 52
Les réacteurs à haute température (HTR). ...................................................................... 53
Les réacteurs à eau supercritique (SCWR). ..................................................................... 55
Les réacteurs rapides au gaz (GFR). ................................................................................. 56
Les réacteurs au plomb (LFR). ............................................................................................. 58
Les réacteurs rapides à sodium (SFR). .............................................................................. 61
Les réacteurs à sel fondu (MSR). ....................................................................................... 62
Conclusion................................. 64
Chapitre 4
Analyse des raisons de l’échec d’implantation des réacteurs rapides dans le monde en 2024
Bilan en 2024 des réacteurs rapides dans le monde. ..................................................... 68
Les difficultés techniques des réacteurs au plomb. ....................................................... 70
Les difficultés techniques de la filière sodium. ................................................................ 70
Le surcoût par rapport aux REP......................................................................................... 72
La domination industrielle des REP. ................................................................................... 72
Des problèmes spécifiques de sûreté ?. ........................................................................... 73
La résistance à la prolifération. .......................................................................................... 75
Investissements lourds. ........... 77
Existence d’usines de retraitement. ........................................................................ 77
Fabrication du combustible de réacteur rapide. ................................................... 78
Le cas de Superphénix. .. 80
L’acceptation sociale. .............. 80
La perte de compétences. ...... 80
La disponibilité et le coût de l’uranium. ............................................................................. 81
Conclusion................................. 84
Chapitre 5
Un point sur les rapides sodium (SFR) en Europe, en 2024
Introduction. .............................. 88
Avantages et inconvénients du sodium. ........................................................................... 88
Le retour d’expérience des SFR. ......................................................................................... 90
Un peu d’histoire : d’EFR à ESFR SMART. ........................................................................... 91
Retour au générateur de vapeur modulaire. .......................................................... 91
Adoption d’une dalle épaisse. .................................................................................... 91
Suppression de la cuve de sécurité. ........................................................................ 92
4 Les réacteurs rapides
Fixation des gros composants. ................................................................................. 92
Boucles secondaires. ..... 92
Manutention.................... 92
Méthodologie générale du projet ESFR SMART. .............................................................. 92
Résultats du projet ESFR SMART. ....................................................................................... 93
ASTRID et le coeur d’ESFR SMART. ............................................................................ 93
Circuit primaire............... 94
Évacuation de la puissance résiduelle. .................................................................... 99
Circuits secondaires. ..... 101
Disposition générale. ...... 104
Manutention.................... 105
Bilan final des simplifications. .................................................................................... 105
Bilan final des systèmes passifs. .............................................................................. 106
Mitigation des accidents graves. ............................................................................. 106
Bilan sûreté. ..................... 107
Pré-calculs et documentation. .................................................................................. 108
ESFR SIMPLE : une introduction à un SFR SMR européen.............................................. 109
Déploiement. .............................. 110
Conclusion................................. 112
Chapitre 6
Les réacteurs rapides au plomb (LFR)
Historique. .................................. 116
Les réacteurs au plomb dans le monde en 2024. ............................................................ 118
Les avantages et inconvénients du plomb comme caloporteur. .................................. 119
Comparaison générale avec le sodium. ................................................................... 119
Composition isotopique. ............................................................................................. 119
La chimie. .......................... 120
La densité. ........................ 120
Plage de températures. .............................................................................................. 121
Plomb et matériaux. ................. 121
Le projet BREST. ........................ 122
Le projet NEWCLEO. ................. 124
Caractéristiques générales du projet. .................................................................... 124
Les choix technologiques de base pour le LFR-AS-200. ....................................... 126
Le LFR-AS-30. ................... 129
Propositions de très petits réacteurs. .................................................................... 130
Conclusion................................. 132
Chapitre 7
Point sur les réacteurs à sels fondus : RSF
Principe de fonctionnement des réacteurs à sels fondus. ........................................... 136
Les différents types de sels combustibles possibles. .................................................... 137
Choix du fissile. ............... 137
Choix du fertile. ............... 137
Choix du sel. ..................... 138
Choix final. ........................ 138
Retour d’expérience sur les réacteurs à sels fondus : le MSRE. ................................... 139
Avantages potentiels des MSR rapides............................................................................ 141
Utilisation des déchets du cycle. .............................................................................. 141
Minimisation des déchets finaux. ............................................................................. 141
Sûreté. .............................. 141
Indépendance énergétique de la France. ............................................................... 141
Suivi de réseau, compatibilité avec les ENR. .......................................................... 142
Coût, compétitivité économique. ............................................................................. 142
Conclusion. ....................... 142
Challenges techniques. ........... 143
Chimie des sels. ............... 143
Séparation isotopique... 143
Fabrication du sel combustible. ................................................................................ 144
Retraitement du sel combustible............................................................................. 144
Choix des matériaux. ...... 145
Neutronique et thermohydraulique. ......................................................................... 145
Gestion des gaz de fission. ........................................................................................ 146
Les composants. ............. 146
L’instrumentation. ........... 147
Conclusion. ....................... 148
6 Les réacteurs rapides
Choix de design........................ 148
Choix du sel intermédiaire. ........................................................................................ 148
Mode de remplissage et de démarrage. ................................................................. 149
Vidange. ............................ 149
Barres de commande. .... 149
Protection neutronique. ............................................................................................. 150
Utilisation de couvertures radiales. ......................................................................... 150
Convection naturelle ou forcée du sel combustible ?. .......................................... 150
Conclusion. ....................... 150
Approche de sûreté et licensing........................................................................................ 151
Les projets mondiaux. .............. 152
En Russie. ......................... 152
En Chine. ........................... 152
Aux États-Unis et au Canada. ................................................................................... 153
Les start-up françaises. .......... 153
NAAREA............................. 154
Stellaria. ............................ 156
Conclusion................................. 156
Conclusion
Souveraineté, durabilité, écologie et simplicité
Annexe 1 : Enseignements tirés de l’exploitation des réacteurs rapides
refroidis au sodium. ................ 163
Réactions sodium/eau. ............ 163
Opérations de manutention. .. 165
Fonctionnement des composants primaires (pompes et échangeurs). ..................... 166
Fuites et feux de sodium. ........ 166
Entrée d’air ou d’impuretés ou de gaz. ............................................................................. 167
Superphénix. .................... 167
PFR. .................................... 168
BN 600. .............................. 168
CEFR. ................................. 168
Ruptures de gaines. ................. 168
Sommaire 7
Matériaux. .................................. 169
Opérations et contrôle neutronique. ................................................................................. 170
Aérosols de sodium. ................. 171
Conclusion................................. 171
Annexe 2 : Démonstration industrielle du cycle fermé du combustible
d’un réacteur rapide refroidi au sodium. ...................................................................... 173
Expérience de retraitement du combustible Phénix. ..................................................... 173
Données générales. ........ 173
Bilan du retour d’expérience sur les techniques de retraitement. .............................. 174
Démantèlement des assemblages. .......................................................................... 174
Cisaillage des aiguilles. .. 174
Dissolution du combustible. ....................................................................................... 174
Clarification. ..................... 174
Cycles d’extraction. ....... 175
Déchets. ............................ 175
Conclusion sur le retraitement. ................................................................................ 175
Retour d’expérience sur la fabrication du combustible. ................................................ 176
Applications pour les réacteurs du futur. ......................................................................... 176
Annexe 3 : Comparaison des quatre types de combustible possibles
pour les réacteurs rapides à métal liquide : sodium ou plomb. ............................... 177
Introduction. .............................. 177
Le combustible oxyde. ............. 179
Le combustible métallique. ..... 182
Le combustible carbure. .......... 186
Le combustible nitrure. ............ 188
Combustible/fabrication. ........ 190
Combustible/retraitement. ..... 190
Un choix du combustible suivant les applications et la stratégie ?. ............................ 193
Conclusion................................. 194
Annexe 4 : Point sur les matériaux pour un réacteur rapide au plomb. ................ 195
Méthode de protection par contrôle de la teneur en oxygène
(pour les alliages conventionnels). ..................................................................................... 196
Matériaux enrichis au silicium. ..................................... 198
Protection par revêtement d’alumine (coating). ............................................................. 198
Utilisation d’un matériau enrichi à l’aluminium. ................................................................ 198
Matériaux innovants (SiC). ..... 199
Annexe 5 : Présentation du projet de prototype de réacteur au plomb de NEWCLEO, le LFR-AS-30. .. 201
Conditions de fonctionnement. .......................................................................................... 202
Conception de la cuve du réacteur et des internes. ...................................................... 202
Le coeur. ..................................... 203
Ensemble générateur de vapeur (GV) et pompe de circulation. .................................. 206
Barres de contrôle et système d’arrêt du réacteur. ...................................................... 208
Coefficients de contre-réaction. ........................................................................................ 209
L’évacuation de la puissance résiduelle. ........................................................................... 209
Analyse de sûreté. .................... 210
Annexe 6 : Le retour d’expérience des réacteurs à sels fondus : le MSRE. .......... 211
Historique des réacteurs à sels fondus. ........................................................................... 211
Présentation générale du MSRE. .............................................................................. 212
Choix du sel (FLiBe). ................. 213
Les matériaux. ................. 213
Neutronique et écoulements au primaire. ........................................................................ 213
Pompe du sel combustible. ........................................................................................ 215
Extraction de chaleur. .... 216
Extraction des gaz de fission. ................................................................................... 217
Cycle du combustible.............. 217
Retraitement du sel. ....... 217
Bilan final. ................................... 218
Limites du retour d’expérience du MSRE. ......................................................................... 219
Annexe 7 : Quel sel combustible pour un réacteur rapide à sels fondus ?. ........... 221
Introduction. .............................. 221
Éléments fissiles et fertiles. ... 221
Éléments fissiles. ............. 221
Disponibilité et qualité du plutonium....................................................................... 222
Éléments fertiles. ............ 222
L’option couverture fertile. ........................................................................................ 223
Conclusion. ....................... 224
Gammes de choix du sel. ......... 224
Paramètres de choix. ..... 224
Les deux grandes familles. ......................................................................................... 225
Température de fonctionnement et solubilité U/Pu pour les fluorures. ........... 226
En conclusion sur la solubilité dans les sels fluorures. ......................................... 228
Températures de fonctionnement et de solubilité U/Pu pour les chlorures. ... 228
Retraitement des chlorures et des fluorures. ........................................................ 230
Adaptation aux installations nucléaires françaises existantes. ................................... 230
Situation en 2024. ........... 230
Conséquences en termes de stratégie possible à court terme. ....................... 231
Utilisation des actinides mineurs............................................................................. 231
Stratégie à long terme. .. 231
Conclusion................................. 232
Du même auteur. ..................... 234
