Les réacteurs nucléaires de demain
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Énergie bas carbone utile dans l’action contre le , le nucléaire est confronté à des enjeux de disponibilité du minerai d’ et de gestion des déchets radioactifs. Les solutions résident dans le développement de réacteurs de 4e génération utilisant mieux leur . Des réacteurs plus petits font aussi l’objet de nombreuses études, ainsi qu’une technologie de rupture totale, la , à beaucoup plus long terme1.
© Oregon State University / NuScale
Les réacteurs de 4e génération
Les réacteurs qui fonctionnent aujourd’hui sont essentiellement de 2e génération. Les réacteurs de 3e génération, comme en France le réacteur pressurisé européen (EPR) de Flamanville, ne constituent pas une rupture technologique mais ont intégré les retours d’expérience et accru les dispositifs de sécurité. L’objectif de la 3e génération est d’éviter, même en cas d’accident grave, l’évacuation des populations au voisinage de la centrale.
Des recherches sont en cours pour développer des réacteurs de 4e génération, plus performants en matière de durabilité des ressources d’uranium. La recherche est conduite notamment au niveau international au sein du Forum International Génération IV qui rassemble treize pays.
Le Forum a retenu six technologies de réacteurs :
- trois types de réacteurs à neutrons rapides dont la particularité est de pouvoir consommer l’intégralité du combustible nucléaire tout en recyclant le plutonium produit par les réacteurs nucléaires actuels. La technologie de ces réacteurs se distingue selon que leur est l’hélium, le sodium ou le plomb ;
- le réacteur à très haute température, capable de produire de la pour les besoins industriels, et le réacteur à eau super critique permettant d’améliorer le rendement des centrales nucléaires;
- le réacteur à sels fondus dans lequel le caloporteur est aussi le combustible nucléaire.
Les caractéristiques des réacteurs à neutrons rapides
À quantité d’uranium naturel équivalente, les réacteurs à neutrons rapides (RNR) permettraient de produire au moins 60 fois plus d’énergie que les réacteurs contemporains. La durabilité des réserves mondiales d’uranium change d’échelle et passe de centaines d’années à des centaines de milliers d’années.
Comment cela est-il possible ? En ne ralentissant pas les neutrons. Dans le RNR, leur vitesse est d’environ 20 000 km/s, alors que dans les réacteurs classiques elle est de 2 km/s. Cela permet de brûler la quasi-totalité (jusqu’à 96%) de la ressource uranium.
Un atout supplémentaire de ces réacteurs à neutrons rapides est de pouvoir mieux recycler les combustibles usés, produisant de ce fait moins de déchets. Ils peuvent casser le noyau lourd d'un élément radiotoxique pendant des centaines de milliers d'années, en deux noyaux plus légers, qui perdront leur en quelques siècles. On parle de transmutation.
Dès 1959, la France avait étudié les réacteurs à neutrons rapides et mis en service en 1986 Superphénix. Exploité pendant onze ans, ce réacteur a fait face à de nombreuses oppositions, notamment des écologistes, et le projet fut arrêté en décembre 1998.
Les réacteurs plus petits, les SMR
Une nouvelle conception de réacteurs nucléaires fait aujourd’hui l’objet d’une centaine de projets dans le monde : les SMR (small modular reactors) ou AMR (advanced modular reactors), de taille et de plus faibles.
Fabriqués en usine, ils pourront être transportés sur des sites isolés, placés sur des navires ou utilisés pour les besoins d’une usine en ou en chaleur, le dessalement d’eau de mer, la production d’ et le chauffage urbain. Ce type de réacteur est déjà utilisé dans le domaine naval (propulsion des sous-marins et des porte-avions, ou de grands brise-glace).
Leur puissance est comprise entre quelques mégawatts et quelques centaines de mégawatts, alors que les réacteurs nucléaires classiques dépassent généralement 1000 MW. Ces réacteurs peuvent être à eau pressurisée mais aussi à haute température, à neutrons rapides ou à sels fondus (dans lequel le combustible nucléaire se présente sous forme liquide, dissous dans du sel fondu à 600-900 °C).
A plus long terme, la fusion nucléaire
Les chercheurs travaillent également sur des réacteurs en rupture totale avec la technologie actuelle. L’objectif est de reproduire sur Terre la production d’énergie solaire en réalisant la fusion de noyaux très petits, des isotopes de l’hydrogène (le deutérium et le tritium).
Différents prototypes expérimentaux (tokamaks, stellarators, etc.) sont à l’essai dans le monde. Soutenu par une alliance de 35 pays, un démonstrateur à plus grande échelle, Iter, est en construction à Cadarache, dans le sud de la France. Mais sa première fusion n’arrivera probablement pas avant 2030 (voir l'article sur la fusion nucléaire).
1Source CEA les réacteurs du futur
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