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Génération IV



Vers une quatrième génération de réacteurs

S'il s'avère que l'on peut construire des réacteurs à même de relever les formidables défis du développement durable - qui ne sont pas tous technologiques - on disposera de l'option d'y recourir. En attendant, il paraît indispensable d'étudier de nouveaux concepts, surtout en l'absence de sources d'énergies alternatives qui soient au point ou capables de satisfaire l'accroissement à l'échelle mondiale de la demande en énergie.

Un forum de 10 nations
Pour piloter les recherches sur les nouveaux réacteurs et mettre des moyens en commun étant donnée l'ambition du projet, un Forum international Génération IV a été mis en place (GIF). La liste des membres du « forum Génération IV » comprend au départ 10 pays , la Commission Européenne ayant rejoint le Forum en 2003. Les absents les plus marquants dans la liste étaient alors la Russie, une grande nation nucléaire, l'Allemagne (pour des raisons de politique intérieure), la Chine et l'Inde.
IN2P3/CEA
Dix pays sont convenus en 2001 d'un accord de coopération pour mener des recherches sur une nouvelle "génération" de systèmes nucléaires producteurs d'énergie, dits de Génération IV. Ces pays sont par ordre alphabétique l'Afrique du Sud, l'Argentine, le Brésil, le Canada, la Corée du Sud, les Etats-Unis, la France, la Grande-Bretagne, le Japon, et la Suisse. La Commission Européenne a rejoint en 2003 cette communauté suivie de la CEI (dont la Russie) et de la Chine en 2006.

Les nouveaux réacteurs, qui seront le fruit de ces recherches, sont donc appelés de quatrième génération. L'accord international se concrétise par des réunions de travail régulières où sont discutés les résultats et où est définie la marche à suivre, la feuille de route technologique pour employer le jargon en vogue.

Dans le cadre de cette initiative, six concepts de réacteurs ont été sélectionnés, dont quatre sont du type régénérateur, c'est-à-dire qu'ils régénèrent le combustible fissile qu'ils utilisent. Certains seront capables de brûler du plutonium et des actinides dont les stocks pourraient alors diminuer. Un des quatre types de réacteurs régénérateurs, utilise du thorium comme noyau fertile au lieu de l'uranium 238 ce qui lui permet de produire très peu de plutonium et d'actinides mineurs et dans sa version sans modérateur en cœur (utilisant des neutrons rapides) de pouvoir démarrer avec les actinides produits dans les réacteurs à eau et d’être un excellent brûleur de plutonium et actinides

Trois des concepts de réacteurs régénérateurs sont à neutrons rapides, refroidis au gaz, au plomb ou au sodium liquide. Le quatrième reprend la filière du thorium et de l'uranium-233, l'originalité étant que le combustible est dissous dans le liquide de refroidissement, des sels fondus. Dans ce cas il n'y a plus de problèmes de tenue aux radiations de gaines de combustibles. Les matières peuvent en principe rester indéfiniment dans le réacteur. Tout noyau lourd entrant dans le réacteur en ressort les « pieds devant », car il est finalement détruit lors d'une fission quelque soit le parcours emprunté.

Signalons aussi le concept des réacteurs à haute température, qui ne sont pas "régénérateurs" mais qui ont un rendement thermique bien meilleur que les réacteurs classiques. Un de leurs intérêts est qu'ils pourraient avoir d'autres applications que la production d'électricité, en particulier la séparation de l'hydrogène pour remplacer le pétrole ou encore le dessalement de l'eau de mer ou la chimie industrielle.

Caractéristiques principales des six systèmes de génération IV
Sigles des 6 concepts de génération IV, avec le type de neutrons utilisés - rapides ou thermique (c'est à dire lents) - et leur cycle de combustible. Dans un cycle fermé le combustible est recyclé, ce qui assure une meilleure utilisation. Dans un cycle ouvert, plus simple, le combustible passe une fois (once through) en réacteur. Les dates sont celles où des prototypes pourraient être déployés. (Source CEA)
Forum GIV

Pour pouvoir être déployés à l'horizon 2020-2030, tous ces réacteurs nécessitent d'importants efforts de recherche et de développement (R et D). Il s'agit de faire sauter des verrous technologiques. Par exemple, les réacteurs rapides au gaz (GFR) et les réacteurs à très haute température (VHTR) sont refroidis par un gaz sous haute pression, l'hélium. Ce gaz étant inerte n'est pas corrosif, mais le problème se pose de la tenue des structures à des températures avoisinant ou dépassant les 1000 ° C en sortie.

Un cahier des charges et des objectifs ambitieux :

Un ambitieux cahier des charges définit les objectifs des "Systèmes nucléaires générateurs d'énergie" de Génération IV (Par « Système nucléaire générateur d'énergie », on entend pas seulement le réacteur mais ce qui va avec comme la fabrication du combustible, le retraitement, les installations de stockage).

L'objectif est d'aboutir à des réacteurs compatibles avec un nucléaire durable et acceptable pour la société. Le cahier des charges demande qu'ils soient économes en combustibles, particulièrement sûrs, produisent un minimum de déchets et ne se prêtent pas au détournement de matières fissiles.

Objectifs
Un retraitement du combustible des réacteurs, plus poussé que celui existant actuellement, est au cœur de 5 des 6 concepts de réacteurs de quatrième génération car il permettrait d'atteindre les objectifs ambitieux du cahier des charges, tout en respectant les impératifs de rentabilité économique et de sûreté (Source CEA).
IN2P3

Les principaux objectifs des systèmes nucléaires générateurs d'énergie de génération IV sont les suivants :

Durabilité :
- 1) Fournir durablement de l'énergie en répondant aux obligations d'air propre et en assurant la disponibilité à long terme de ces systèmes ainsi que l'utilisation efficace du combustible pour la production mondiale d'énergie.
- 2) Minimiser et gèrer les déchets nucléaires de manière à réduire significativement la charge à long terme qu'ils représentent, améliorant ainsi la protection de la santé publique et celle de l'environnement.

Economie :
- 1) Présenter un avantage clair de coût de leurs cycles de vie par rapport à ceux d'autres sources énergétiques.
- 2) Présenter un risque financier comparable à celui présenté par d'autres projets énergétiques.

Sûreté et fiabilité :
- 1) Avoir un fonctionnement excellent en sûreté et fiabilité.
- 2) Présenter une faible probabilité d'endommagement du cœur de réacteur.
- 3) Eliminer le besoin d'intervention d'urgence hors site.

Non-prolifération et protection physique :
Les systèmes nucléaires générateurs d'énergie de génération IV devront être très dissuasifs et les moins attractifs possibles pour des détournements ou pour des vols de matériaux utilisables pour des armes et actions terroristes.