Alors que face à l’épuisement des ressources fossiles, la puissance nucléaire installée devrait quadrupler d’ici 2050, le CEA et ses partenaires industriels coopèrent à un programme de R&D sur le nucléaire du futur. La stratégie française met au premier plan les réacteurs à neutrons rapides (RNR) en vue de leur déploiement dans le parc à l’horizon 2040. Ces réacteurs permettent en effet d’utiliser plus efficacement les ressources en uranium et de minimiser la production de déchets radioactifs à vie longue. Deux technologies utilisant respectivement le sodium ou le gaz comme caloporteur sont à l’étude. Pour le RNR sodium, qui bénéficie d’un retour d’expérience important, l’enjeu est d’abord d’améliorer ses performances économiques. Pour le RNR gaz, qui cumule dans son principe les atouts génériques des RNR, ceux liés à l’hélium comme caloporteur, et ceux des applications de la haute température, il s’agit d’abord d’en démontrer les technologies-clés telles que le combustible. La décision du président de la République de lancer l’étude d’un prototype de réacteur de 4e génération pour 2020 vient stimuler l’effort de recherche sur le nucléaire du futur en France.
Nucléaire du futur et réacteurs de 4e génération
The future of nuclear power and fourth-generation reactors
Faced with the exhaustion of fossil fuel resources, the output of existing nuclear power must quadruple between now and 2050, and the Commissariat à l’Energie atomique (CEA) and its industrial partners are cooperating in a programme of R&D on future nuclear power. France’s strategy puts rapid neutron reactors (RNR) at the forefront, in view of their possible introduction by 2040. These reactors allow a more efficient use of uranium resources and minimise the production of long-life nuclear waste. Two technologies which use respectively, sodium and gas as their coolant are being studied. For the sodium RNR, which benefits from significant existing experience, the key is to first improve its economic performance. For the gas RNR, which draws on the principles and the generic assets of the RNR, for those using helium as the coolant, and those with applications at high temperature, it is important firstly to demonstrate the key technologies such as the fuel. The decision of President Chirac to launch the study of a prototype, fourth-generation reactor for 2020 is stimulating the research effort into France’s future nuclear power.
Quelles sont les formes d’énergie sur lesquelles l’humanité pourra compter pour satisfaire ses besoins dans quelques décennies ? D’ici 2050, la population mondiale sera probablement passée à 9 milliards d’habitants et la consommation d’énergie devrait doubler pour atteindre au moins 20 Gtep/an (milliards de tonnes équivalent pétrole), dans une hypothèse de croissance modeste de la demande. Plusieurs études prospectives comme celle de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) publiée en 2003 (1) démontrent que même avec des hypothèses optimistes sur la contribution des différentes sources d’énergie à l’horizon 2050 (constance des contributions du charbon et du pétrole, doublement de la contribution du gaz, développement très volontariste des énergies renouvelables et de la biomasse jusqu’à couvrir 30 % des besoins), on peut raisonnablement penser que la puissance nucléaire installée devrait tendre vers 1 500 GWe en 2050, ce qui représenterait une capacité environ quatre fois supérieure à celle d’aujourd’hui (370 GWe).
Pour jouer ce rôle significatif, le nucléaire du futur doit non seulement poursuivre les progrès en sûreté et compétitivité réalisés pour la 3e génération (ainsi l’European Pressurized Water Reactor, EPR), mais il doit également s’inscrire dans la durée, et pour cela économiser les ressources (en valorisant l’uranium à 80-90 % pour la production d’énergie au lieu de 0,5 % aujourd’hui) et minimiser la production de déchets radioactifs à vie longue (en réduisant les déchets essentiellement aux produits de fission) (2) pour s’inscrire dans la durée. Cela conduit à faire appel aux neutrons rapides et au recyclage du combustible. L’importance reconnue du recyclage pour optimiser l’utilisation des matières fissiles et fertiles, et pour brûler les actinides mineurs par les neutrons rapides, conduit à appréhender ces réacteurs de 4e génération comme des « systèmes nucléaires » à faire évoluer dans leur ensemble, et comprenant le réacteur, son combustible et le cycle du combustible associé.
Le nucléaire du futur vise à élargir son champ d’application au-delà de la seule production d’électricité, notamment à la production de chaleur pour l’industrie, à la production d’hydrogène, et à l’élaboration de carburants de synthèse capables de remplacer à terme les carburants fossiles utilisés pour les transports. Nombre de ces applications font appel à la très haute température (850°C et au-delà). Par ailleurs, la production d’eau douce, sans requérir un niveau de température aussi élevé (une source de chaleur à environ 100°C est suffisante), constitue un autre enjeu majeur auquel nombre de pays émergents sont déjà confrontés. L’offre nucléaire en cogénération d’électricité et d’eau douce est une option crédible pour y faire face.
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