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Réacteurs de génération II



1970-2009 : l’essor de l’énergie nucléaire

Réacteurs à eau pressurisée et bouillante
La centrale de Philippsburg en Allemagne a particularité de réunir sur le même site deux réacteurs appartenant aux deux principales filières de réacteurs de seconde génération : réacteurs à eau pressurisée et réacteurs à eau bouillante. Ils fonctionnent avec de l’uranium enrichi ce qui permet d’utiliser de l’eau légère – pressurisée ou bouillante – à la fois pour évacuer la chaleur et la transformer en électricité et pour ralentir les neutrons afin d’entretenir la réaction de fission. En 2008, les 17 réacteurs allemands en exploitation ont produits 148,8 milliards de kilowattheures … sans CO2
EnBW

Environ 85 % de l’électricité d’origine nucléaire produite dans le monde provient de réacteurs dits de seconde génération, héritiers des prototypes des années 1950-1960. Ils constituent la grande majorité des quelques 439 unités déployées aujourd’hui et développaient en 2008 une puissance électrique totale de 372 GWe. Ces réacteurs sont répartis dans 30 pays (93 % de Génération II et 7 % de Génération I), accumulant au total une expérience de plus de 13600 années-réacteurs.

Le déploiement du nucléaire civil prit son essor à la suite de la crise pétrolière de 1974. Il s’agissait, en particulier pour la France d’assurer une indépendance énergétique dans un contexte politique mondial instable. Cet essor fut freiné par l’accident de Three Mile Island en 1978 et surtout celui de Tchernobyl en 1986. L’accident de Three Mile Island fut à l’origine de la doctrine Carter et de la suspension de la construction de centrales nucléaires aux USA. Il aussi à l’origine de nombreuses améliorations dont bénéficièrent la sûreté des installations nucléaires.

La plupart des réacteurs de seconde génération appartiennent à deux familles de réacteurs à eau légère (LWR) : réacteurs PWR à eau pressurisée (REP en français) et à eau bouillante (BWR). Ils utilisent l'uranium enrichi comme combustible et sont refroidis et modérés à l’eau . L’eau sert également à évacuer la chaleur et à actionner les turbines productrices d’électricité. Le recours à des réacteurs à eau légère s’est généralisé à la fin des années 1960, du fait que, n’étant plus réservées aux seules fins de défense, les techniques d’enrichissement de l’uranium devenaient commerciales.

Un pic de construction vers 1980
La plupart des réacteurs de seconde génération ont été construits dans les pays développés, USA, Japon et Corée du Sud. La puissance électrique des réacteurs en construction (NB : la construction d’un réacteur est étalée sur plusieurs années) est passée par un maximum aux alentours des années 1980. Le déclin après cette date s’explique par les suites de l’accident de Three Mile Island (doctrine Carter) aux USA et en France par un parc satisfaisant aux besoins. Après 2000, des grands pays d’Asie comme la Chine, l’Inde commencent à s’équiper en se tournant vers une troisième génération et les USA projettent à nouveau des réacteurs.
P.Reuss/EDP_Sciences

La France s’équipa à Tricastin dans la vallée du Rhône d’une grande usine d’enrichissement de l’uranium d'abord par diffusion gazeuse, maintenant par ultracentrifugation. Le président Georges Pompidou prit en octobre 1969 la décision d’abandonner la filière nationale des réacteurs graphite-gaz au profit de la filière américaine plus prometteuse des PWR à base d’uranium enrichi. La décision fut à l’époque critiquée par ceux qui pensaient que la France perdait son indépendance. Une nouvelle société Framatome construira les nouveaux réacteurs. Elle achètera la licence des réacteurs à eau pressurisé de la société Westinghouse qu’elle paiera plusieurs années avant de s’en libérer avec l’aide du CEA en 1982 pour développer une technologie purement française.

La standardisation des réacteurs français contribuera à leur succès. Ivan Stelin, président de l’autorité de sûreté américaine aura ce mot : « Les français ont 100 fromages différents et un modèle de centrale. Nous c’est l’inverse ! »

France : un parc REP homogène
Le parc des réacteurs français est remarquablement homogène, depuis l’arrêt des réacteurs UNGG de première génération et de la centrale à eau lourde de Brennilis. Du côté des réacteurs rapides, Superphénix a été arrêté en 1997 et Phenix devrait l’être en 2010. Le parc de réacteurs producteurs d’électricité est uniquement constitués de REP à eau pressurisée, avec 3 modèles de puissances à 900, 1300 et 1450 MegaWatts.
P.Reuss/EDP-Sciences

Le combustible à l'uranium des réacteurs de génération II est enrichi de 3,5 à 5 % en isotope 235 fissile. L’enrichissement en uranium 235 offre l’avantage de pouvoir se contenter d’eau ordinaire pour ralentir les neutrons, ralentissement nécessaire pour la marche des réacteurs quand la proportion de matière fissible est faible. Le combustible sous forme de pastilles d’oxyde d’uranium UO2 est encapsulé à l’intérieur de longues gaines de zirconium, le métal transparent aux neutrons qui a remplacé l’acier inoxydable des débuts. Dans certains cas, une partie du combustible appelé MOX – pas plus d’un tiers – peut comporter environ 6 % de plutonium.

Le Royaume-Uni a développé les AGR (advanced gas-cooled reactor), des réacteurs modérés au graphite et fonctionnant avec un uranium légèrement enrichi, suite des réacteurs MAGNOX. Le Canada a amélioré sa filière à uranium naturel CANDU, implantée également en Argentine, Chine, Inde, Roumanie et Corée. L’URSS a développé les RBMK avant l’accident de Tchernobyl et la filière VVER des réacteurs à eau pressurisée proche des REP.

En 2008, plus de 550 centrales nucléaires avaient été construites dans le monde, parmi lesquelles plus de 110 mises hors service. Leur âge moyen dépassait 20 ans tandis que 50 réacteurs avaient plus de 30 ans et 9 plus de 40 ans. Les performances s’améliorent. Aujourd'hui, la même quantité de combustible produit deux fois l'énergie qu'il y a 20 ans. Une bonne disponibilité en termes de sûreté et de fiabilité, la possibilité de voir la durée de vie des réacteurs prolongée jusqu’à 50 ans ont renouvelé la confiance des électriciens dans l’énergie nucléaire.

Les mises hors service devraient culminer en principe après 2015. Mais la tendance est plutôt dans le monde occidental où l'on construit peu de nouveaux réacteurs à prolonger l'exploitation des parcs existants. En particulier aux USA, plus de la moitié des 104 réacteurs ont déjà reçu de la part de l’autorité de sûreté américaine, la NRC, une autorisation de prolongation à 50 ans, voire 60 ans - .

Malgré l'accident de Fukushima, un grand nombre de réacteurs sont en construction dans le monde, 70 en 2014 le chiffre le plus élevé depuis 25 ans. La plupart sont construits hors d'Europe et des Etats-Unis notamment en Chine et aux Indes. En France où seul l'EPR de Flamanville est en construction, il est envisagé d'allonger la durée de vie des réacteurs au delà de 40 années. C'est le projet du "grand carénage", dont le coût étalé sur 10-15 ans est estimé à 55 milliards d'euros pour les 58 réacteurs.

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