Energie nucléaire: perspectives d avenir Table de matières Editorial: Ernest Mund, Prof. Emérite UCL, Prof. ULB Le réacteur nucléaire EPR, J.-P. Poncelet, AREVA PBMR, the future of nuclear, today. Frederick Reitsma & Dr. Johan Slabber, PBMR (Property) Limited, South Africa MYRRHA, un réacteur de recherche hybride flexible pour des applications technologiques de pointe, Prof. Dr. Hamid Ait Abderrahim, SCK-CEN Scénarios mondiaux de transition du parc nucléaire actuel vers un parc de réacteurs surgénérateurs, Simone Massara, Philippe Tetart, David Lecarpentier, Claude Garzenne, EDF R&D, France Inertial Fusion, Prof. C.J. Joachain, ULB
Le réacteur nucléaire EPR J.-P. Poncelet, AREVA L EPR (Evolutionary Power Reactor) est un réacteur nucléaire à eau pressurisée «de troisième génération», qui bénéficie de l expérience accumulée en trois décennies d exploitation des précédents réacteurs à eau sous pression. L EPR apporte des améliorations sensibles en matière de sûreté, d efficacité économique et d environnement. Du point de vue des exploitants électriciens, il est aussi une option viable pour la transition vers la quatrième génération de réacteurs: l EPR contribue à maintenir l excellence des acteurs du très exigeant secteur nucléaire: autorités, entreprises, collaborateurs hautement spécialisés. Le réacteur EPR est en train de devenir une réalité industrielle en Europe: l électricien français EDF, par exemple, est pleinement conscient des limites de son parc nucléaire actuellement en exploitation, qui pourrait faire défaut à l horizon 2020-2030 si la durée de vie des centrales n était pas portée au-delà de 40 ans. En réponse à cet enjeu, la construction d un premier EPR a déjà débuté sur le site de Flamanville (Manche) et EDF devrait pouvoir remplacer grâce à l EPR toute ou partie de la puissance nucléaire française installée (62,8 GW). Mais la Finlande et l électricien TVO ont précédé la France en adoptant l EPR dès décembre 2003 et en lançant sa construction peu après. D autres marchés européens, tel celui du Royaume- Uni, pourraient s ouvrir prochainement à l EPR à la faveur d impulsions politiques. En Belgique, un groupe de travail nommé «Commission Energie 2030» a été chargé en 2006 d'élaborer un rapport présentant les choix stratégiques de politique énergétique à moyen et à long terme, et cette contribution a ravivé le débat sur l opportunité de la sortie du nucléaire (décidée en 1999). Le présent article inscrit l EPR dans l histoire déjà fournie des réacteurs nucléaires civils de puissance, présente ses caractéristiques générales et soulève ses perspectives de développement commercial. PBMR, the future of nuclear, today. Frederick Reitsma & Dr. Johan Slabber, PBMR (Property) Limited, South Africa L emplacement du premier réacteur PBMR (Pebble Bed Modular Reactor) de nouvelle génération est déjà fixé sur le site de Koeberg au nord-ouest de la ville du Cap (voir Fig. 1). Le PBMR est un réacteur à haute température (HTR) modéré au graphite, refroidi à l hélium en cycle direct et de taille moyenne. Bien qu il ne soit pas le seul concept HTR développé aujourd hui dans le monde, le projet sud-africain est considéré au niveau international comme le projet phare pour ce type d installation. Le concept possède de nombreuses caractéristiques des installations nucléaires de Génération-IV. Il a atteint un niveau de maturité tel que sa construction devrait démarrer en 2009. Le projet sudafricain est bien placé pour bénéficier du regain d intérêt vis-à-vis de l énergie nucléaire de manière à répondre aux préoccupations climatiques (émission de CO2 et réchauffement associé). Le réacteur PBMR préfigure l énergie nucléaire du futur pour
différentes raisons. En premier lieu, pour ses caractéristiques de sûreté passive, inhérentes au concept. La sûreté résulte d une petite taille favorisant le refroidissement du coeur par des mécanismes passifs de transfert de chaleur après accident. Ceci empêche une augmentation de température du combustible jusqu à des valeurs pouvant conduire à des rejets radioactifs dans l environnement très redoutés par le public. En bref, la sûreté du PBMR ne dépend pas de systèmes actifs pouvant subir des défaillances mais plutôt de la conception de l installation et des lois de la physique. Un autre aspect du nucléaire du futur est de nature économique: réduction des coûts d investissement et des coûts de fonctionnement. Ceci est dû au caractère simplifié de l installation permettant la construction d ensembles modulaires. Enfin, un dernier argument est lié au fait que ses caractéristiques permettent au HTR de contribuer au marché global de l énergie primaire (et pas uniquement à celui de l électricité), via la production de chaleur à haute température pour la fourniture d hydrogène ou pour l exploitation des sables asphaltiques. MYRRHA, un réacteur de recherche hybride flexible pour des applications technologiques de pointe Prof. Dr. Hamid Ait Abderrahim, SCK-CEN Le SCK CEN étudie un projet d installation hybride ADS ( Accelerator-Driven System ) intitulé MYRRHA, composée d un réacteur sous-critique à spectre de neutrons rapides alimenté en combustible MOX, et d une source extérieure de neutrons. Ces neutrons sont produits par des réactions de spallation induites par un faisceau de protons accélérés et envoyés sur une cible en métal lourd (plomb-bismuth). Le but du projet est de disposer d une installation permettant d examiner plus avant le comportement de matériaux soumis à des hauts flux de neutrons rapides (> 1 MeV); en particulier, les possibilités de transmutation d isotopes radio-actifs à longue demi-vie produits dans les réacteurs de puissance LWR en fonctionnement aujourd hui, les applications aux réacteurs du futur (Génération-IV), les applications à la fusion thermonucléaire contrôlée et les installations spatiales. Cet article présente brièvement MYRRHA: ses objectifs, son principe physique, sa technologie, ses possibilités expérimentales, son coût et ses impacts sociaux pour la Belgique.
Scénarios mondiaux de transition du parc nucléaire actuel vers un parc de réacteurs surgénérateurs Simone Massara, Philippe Tetart, David Lecarpentier, Claude Garzenne, EDF R&D, France Le contexte énergétique mondial est marqué par la conjonction problématique d une forte croissance de la demande et d un épuisement prévisible au cours du siècle des ressources fossiles supportant aujourd hui cette croissance. Cette problématique est aggravée par le risque d un dérèglement climatique incitant à mettre en oeuvre des technologies minimisant les émissions de gaz à effet de serre. Parmi celles-ci, l énergie nucléaire se présente comme une technologie maîtrisée, sûre et économiquement compétitive. Toutefois, l uranium est composé à plus de 99% d 238U, non fissile, et les réacteurs nucléaires exploités aujourd hui, à spectre thermique, consomment essentiellement l 235U, ce qui restreint considérablement la quantité d énergie que l on peut produire à partir de l uranium, et la ramène au niveau des ressources fossiles. Les filières actuelles ne représentent donc pas une solution durable de développement de l industrie nucléaire. Pour répondre au défi énergétique du XXIème siècle, il sera donc nécessaire de recourir à une technologie de Réacteurs nucléaires à Neutrons Rapides (RNR) surgénérateurs, qui permettent de brûler la quasi-totalité de l uranium, multipliant ainsi par un facteur 100 l énergie pouvant être extraite de cette ressource. Toutefois, la contribution des RNR à la demande énergétique mondiale dépend fortement de la cinétique du déploiement de ces réacteurs au cours du XXIème siècle. Cet article met donc l accent sur la phase de transition entre le parc nucléaire actuel et un parc du futur composé de RNR, en considérant deux scénarios contrastés, haut et bas, de croissance de la demande énergétique mondiale. Si les RNR ont la potentialité de permettre un développement durable du nucléaire, à l échelle de milliers d années, et minimisent la production de déchets grâce à la fermeture du cycle, toutefois les performances envisageables en terme de puissance maximale installée en fin de siècle et de consommation de la ressource d uranium naturel dépendent très significativement de quelques paramètres influant sur leur cinétique de déploiement, principalement le coefficient de surgénération, qu il faudrait maximiser (en optimisant le design des RNR, voire en mettant en oeuvre des couvertures fertiles) et la date de déploiement des RNR, qui ne doit pas être trop tardive.
Inertial Fusion Prof. C.J. Joachain, ULB Produire de l énergie sur terre comme dans les étoiles en utilisant les réactions de fusion nucléaire, est un défi de grande importance pour le futur de l humanité. Après avoir passé en revue les principes de la fusion thermonucléaire contrôlée (CTF), cet article présente les caractéristiques fondamentales de la fusion par confinement magnétique (MCF) et de la fusion par confinement inertiel (ICF), qui sont les deux approches de la fusion thermonucléaire. Une discussion détaillée est ensuite donnée de la méthode ICF, depuis les technologies des systèmes pilotes et des cibles jusqu aux processus impliqués dans l allumage central et l allumage rapide. Cet article conclut en examinant les perspectives futures offertes par le confinement inertiel.