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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

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