Bonin b

96
1 L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives Bernard Bonin CEA, Direction de l’Energie Nucléaire

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1

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Bernard BoninCEA, Direction de l’Energie Nucléaire

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2

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

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3

Energie de liaison nucléaire

Page 4: Bonin b

4

UN BILAN ÉNERGÉTIQUE FANTASTIQUE !

Fusion totale d'1 g de combustible:

330 GJ

Fission complète d'1 g U235

: 83 GJ

Combustion d’1tonne de pétrole : 42 GJ

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5

La fission nucléaire

Gamma

Neutron

Noyau

fissile( 235U)

Produit

de fission

Produit

de fission

Neutron

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6

Fission nucléaire et réaction en chaîne

Fission nucléaire

Réaction en chaîne

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7

Les produits de fission

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L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes de fonctionnementLa réaction en chaîne et son contrôleLe cycle du combustible

Le nucléaire actuellementLe parc existant, son fonctionnement, ses performances

Sûreté, risques

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

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Sections efficaces de l’uranium 235

Neutrons lents

Neutrons rapides

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10

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11

SchSchééma dma d’’une centraleune centrale

REPREP

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12

Une centrale nucléaire

Nogent-sur-Seine, EDF, 1300 MWe

Le réacteur

est

à

l’intérieur

de cette

enceinte

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13

ARCHITECTURE DES RÉACTEURS À

FISSION

CENTRALE NUCLÉAIRE N4 1450 MWe

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14

L’espèce dominante : les réacteurs à

eau

80% du parc mondial soit environ 400 réacteurs

17% d’électricité

d’origine nucléaire

10 000 années.réacteurs d’expérience

UN CONSTAT : LES REACTEURS A EAU EXISTANTS

SERONT PREPONDERANTS

JUSQU’EN 2020-2030

Civaux

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15

Les réacteurs nucléaires en France

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16

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Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

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17

UN COMBUSTIBLE DANS TOUS SES ÉTATS :DES “CRAYONS”, DES “AIGUILLES”,…

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18

Réactions au sein des assemblages combustibles standards dans les REP (45,000 MWj/t)

1238U93

10,1

PF5

235U4

238U96

Pu3

3

2

REP UOX

Uranium 238

Uranium 235

Plutonium

Actinides mineurs

Produits de fission3

1

(fertile)

(fissile)

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19

L’entreposage du combustible usé

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20

Matières recyclables Déchets

RÉSIDUS ULTIMESRECYCLAGERECYCLAGE

PF 15 à

20 kg + AM 1.6 kg(3 à

5 %)Pu 5 kg(1 %)

U 475 à

480 kg(94 à

96 %)Après irradiation*

* pourcentage variable en fonction du taux de combustion

La finalité

du retraitement du combustible

Structure du combustible eau légère usé–

1 combustible eau légère = 500 kg d'uranium avant irradiation en réacteur

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21

Le cycle du combustible nucléaire

FABRICATIONDU COMBUSTIBLE

COMBUSTIBLE UO2

URANIUMENRICHIURANIUM

APPAUVRI

ENRICHISSEMENT

ENTREPOSAGE

CONVERSION

URANIUMNATUREL

STOCKAGEDÉFINITIF

EXTRACTIONMINERAI

RÉSIDUS ULTIMES

TRAITEMENT

COMBUSTIBLEUO2

USÉ

RÉACTEUR

COMBUSTIBLEUO 2

NEUF

COMBUSTIBLEMOX NEUF

PLUTONIUM

COMBUSTIBLEMOX USÉ

COMBUSTIBLE

MOX

CONCENTRATION

URANIUM RECYCLABLE

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22

L’enrichissement

URANIUM naturel

8 tonnes

0.71% 235U99.3% 238U

URANIUM enrichi

1.0 tonne

URANIUM appauvri

ENRICHISSEMENT6 UTS

4.0% 235U96% 238U

7 tonnes

0.25% 235U99.75% 238U

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23

L’enrichissement par ultracentrifugation

Batterie

de centrifugeuses

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24

L’usine Georges Besse, à

Pierrelatte

Page 25: Bonin b

25

Le site de COGEMA-La HAGUE

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26

Le traitement des combustibles usés

Matièresrecyclables

Uranium

Plutonium

U

Pu

Usine de traitement

PF

AM

Résidusvitrifiés

Déchetscompactés

Déchets cimentés

Déchets de structure

Déchets technologiques

Déchets ultimes

Produits de fission

Actinides mineurs

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27

Cisaillage du combustible usé

Page 28: Bonin b

28

Dissolution du combustible usé

Page 29: Bonin b

29

Extraction par solvants

Page 30: Bonin b

30

Procédé

français de vitrification

Additifs

Mesuresde débits

Recyclagepoussières

Condensation

Traitementfinal gaz

Rejetsgazeux

DépoussiérageTraitementeffluentsliquides

Frittede verre

Calcination

Fusiondu verre

Couléedu verre

Posecouvercle

Contrôle

DécontaminationAlimentation Entreposage

La chaleuret l'activitédiminuentavec le temps

ConcentratsPF

Page 31: Bonin b

31

Hall d'entreposage des résidus vitrifiés

Page 32: Bonin b

32

Par habitant et par an , en FrancePar habitant et par an , en France

Déchets inertes et ménagers

2200 kg

Déchets industriels 800 kg

(100 kg à

haute toxicité)

Déchets nucléaires 1 kg

(10 g. à

haute activité)

DDééchets : Quelques ordres de grandeur chets : Quelques ordres de grandeur

Les déchets nucléaires

Page 33: Bonin b

33

Production annuelle de déchets en France(hors démantèlement)

FMA à vie courte 12 à 15 000 m3 conditionnés

MA à vie longue 530 m3 conditionnés

HA 130 m3 conditionnés

76-09 Production annuelle de déchets nucléaires en France

Page 34: Bonin b

34

Les déchets nucléairesDes solutions industrielles déjà

mises en œuvre

Centre de Morvilliers

Page 35: Bonin b

35

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

Page 36: Bonin b

36

La sûreté: un objectif primordial

Le réacteur de Tchernobyl après l'accident

Source:

B. Barré, AREVA

Page 37: Bonin b

37

Enceinte de confinement

(3°

barrière)

Barres de contrôle

Circuit primaire

(2°

barrière)

Générateur de vapeur

Cœur –

combustible

(gaine : 1°

barrière)

Cuve

(2°

barrière)

Pressuriseur

Les 3 barrières du REP

Page 38: Bonin b

38

Résultats

des Etudes Probabilistes

de Sûreté

PROBABILITÉ

DE FUSION DU COEUR (RÉSULTATS 1990)

EPS 900 MWe

= 5 10 PAR RÉACTEUR ET PAR AN

EPS 1300 MWe

= 1 10 PAR RÉACTEUR ET PAR AN

-5

-5

SI L'ON CONSIDÈRE 50 RÉACTEURS * 40 ANS

LA FUSION DU COEUR NE PROVOQUE PAS

IL FAUT CONTINUER A PROGRESSER

SYSTÉMATIQUEMENT DES REJETS IMPORTANTS

= 1 "CHANCE" SUR 10

Page 39: Bonin b

39

L’échelle internationale des évènements nucléaires

Aucun

accident classé

supérieur

à

4 en France (site internet de l’ASN)

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L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

Page 41: Bonin b

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Nucléaire : le redémarrage

USA

: “The NEPD Group recommends that the President support the expansion of nuclear energy in the United States

as a major

component of our national energy policy.”Report of the National Energy Policy Development Group, May 2001

Europe

«

… nécessité

de maintenir le nucléaire en Europe

»

European

Parliament

resolution, Novembre 2001

Page 42: Bonin b

42

Les Centrales Nucléaires dans le Monde

17

Argentine

Brésil

Canada

Chine

BelgiqueFinlande

Allemagne

Inde

Japon

Corée du Sud

Mexique

Russie

Afrique du Sud

EspagneEtats-Unis

Royaume-Uni

Suède

Suisse

Lituanie

BulgarieRoumanie

Slovénie

SlovaquieHongrie

Tchéquie

Arménie

Pakistan

Pays Bas

8104

18

2

2

2

2

2

17

20

11

31

55

59France

19

7

10 4

5

Total = 439 unités

Carte des réacteurs nucléaires dans le monde en 2007

4

15 Ukraine17

Argentine

Brésil

Canada

Chine

BelgiqueFinlande

Allemagne

Inde

Japon

Corée du Sud

Mexique

Russie

Afrique du Sud

EspagneEtats-Unis

Royaume-Uni

Suède

Suisse

Lituanie

BulgarieRoumanie

Slovénie

SlovaquieHongrie

Tchéquie

Arménie

Pakistan

Pays Bas

8104

18

2

2

2

2

2

17

20

11

31

55

59France

19

7

10 4

5

Total = 439 unités

Carte des réacteurs nucléaires dans le monde en 2007

4

15 Ukraine

Page 43: Bonin b

43

Des perspectives importantes

au plan mondial

USA + 1500 Power Plants

by 2020 including

nuclear

(> 50 GWe)

FINLAND 5th reactor

Source : TotalFinaElf

Coal R en

Nuclear

KOREA

nuclear

capacity

increase

+ 9 Gwe

by ~ 2015

INDIA nuclear

capacity

increase

from

2.5 to 20 GWe

by 2020

JAPAN nuclear

capacity

increase

+ 21 Gwe

by 2012

CHINA nuclear

capacity

increase

> 30 Gwe

by 2020

FRANCE new EPR reactor

Page 44: Bonin b

44

Le coût du MWh nucléaire

Le MWh

nucléaire

est compétitif

!!

16.55.1

4.3

0.6 2.0

InvestissementsExploitationCombustibleR&D ExploitantTaxes

TOTAL = 28.4 € /MWh

Source: "Coûts de référence de la production électrique", DGEMP/DIDEME, Décembre 2003

Coût moyenné

sur le parc EDF 63 GW, 426 TWh/an

Cf

exposé

de Sondes Kahouli

Page 45: Bonin b

45

Nucléaire : les défis

Soutenir l’industrie nucléaire actuelle

Apporter des solutions efficaces et acceptables au problème de la gestion des déchets

à

haute

activité

et à

vie longue, et mieux comprendre l’impact des activités nucléaires sur l’homme et son environnement

• Concevoir et évaluer de nouvelles générationsde systèmes nucléaires (réacteur et cycle)

Page 46: Bonin b

46

R&D : soutenir l’industrie nucléaire actuelle

•• Allongement de la durAllongement de la duréée de viee de vie

•• AmAméélioration des performances des combustibleslioration des performances des combustibles

Page 47: Bonin b

47

Améliorer les performances du combustible REO

REX FRAMATOME

0

20

40

60

80

100

120

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000Burn-up

épai

sseu

r d'o

xyde

(µm

)

AFA2G

Alliage 5

ALL.5

Zy4

Page 48: Bonin b

48

L’évolution des gestions de coeur implique des recherches sur le comportement du combustible à

fort taux de combustion

1990 1995 2000 2005 2010 2015

gestiond’origine

70 000 MWjt

GARANCE (900)39 000 MWj/t

62 000 MWj/t

47 000 MWj/t

52 000 MWj/t

CYCLADES (900)GEMMES (1300)ALCADE (N4)

GALICE (1300)

HTC (900/1300)Taux dTaux d’é’épuisement assemblagepuisement assemblage

AnnAnnééee

Page 49: Bonin b

49

Réacteurs expérimentaux : OSIRIS

Page 50: Bonin b

50

Bâtiment auxiliaire Bâtiment Réacteur

Piscine du réacteur

Laboratoire chaud

Piscines d’entreposage

Bâtiment auxiliaire Bâtiment Réacteur

Piscine du réacteur

Laboratoire chaud

Piscines d’entreposage

Un nouveau réacteur de recherche à

CadaracheLe Réacteur

Jules Horowitz (RJH)

Début des travaux 2007Premier béton

2009

Mise

en service 2014

Page 51: Bonin b

51

ConditionnementEntreposage

de longue durée

Transmutation

Proposer des solutions pour la gestion des déchets

Séparation poussée

Stockage réversible

Page 52: Bonin b

52

Séparation-transmutation : les enjeux

Idée générale : séparer les radionucléides transmutables des autres, séparer les radionucléides à

vie longue des autres,

pour gérer ces différentes catégories de déchets de façon optimisée.

Bonnes perspectives de transmuter les actinides dans les Réacteurs à

Neutrons Rapides (cf

ci-dessous). Ce qu’on

gagnerait : un facteur important sur la radiotoxicité

des déchets et sur la chaleur qu’ils dégagent (facteur dimensionnant d’un stockage profond).

Avant de les transmuter, encore faut-il pouvoir les séparer et les entreposer.

Page 53: Bonin b

53

0,1

1

10

100

1000

10000

10 100 1000 10000 100000 1000000Temps (années)

Rad

ioto

xici

té re

lativ

e

Verres sans AM

(PF seuls)

Verres classiques(AM + PF)

Combustible usé

(Pu + AM + PF)

Radiotoxicité

potentielle des déchets en fonction du temps

Page 54: Bonin b

54

Le traitement des combustibles usés

Combustible usé

Uranium et Plutonium PUREXPUREX

Produits

de fissionet Actinides mineursProduits

de fission

et Actinides mineurs

TBPTBP

PO

OO

O

Page 55: Bonin b

55

La séparation poussée

Combustible usé

Uranium et Plutonium

Produits

de fission

PUREXPUREX

Séparationscomplémentaires

Séparationscomplémentaires

Cs

Cm

Am

I

Np

Tc

Page 56: Bonin b

56

Le laboratoire Atalante

Page 57: Bonin b

57

Gestion des actinides : les acquis

On saura

séparer

les actinides (procédés

hydrométallurgiques DIAMEX, SANEX, GANEX)

On saura

les entreposer

On saura

les transmuter

: les actinides sont

fissiles

aux neutrons rapides, et seront

recyclables dans

les réacteurs

de quatrième

génération

… quand

ces

derniers

seront

déployés.

Page 58: Bonin b

58

Concevoir et évaluer de nouvelles générations

de systèmes nucléaires (réacteur et cycle)

Page 59: Bonin b

59

La 3ème

génération

: de nouvelles avancées en Sûreté

Le projet EPR :

un concept évolutionnaire basé

sur un large retour d’expérience des REP

Une sûreté encoreaméliorée

Dispositif de récupération du coeur fondu (corium) en cas d‘accident

Enceinte conçue pour résister à une explosion hydrogène

Système d‘évacuation de chaleur

4 zones indépendantes pour les systèmes redondants de sûreté

Réservoir d‘eau

Une sûreté encoreaméliorée

Dispositif de récupération du coeur fondu (corium) en cas d‘accident

Enceinte conçue pour résister à une explosion hydrogène

Système d‘évacuation de chaleur

4 zones indépendantes pour les systèmes redondants de sûreté

Réservoir d‘eau

Dispositif de récupération du coeur fondu (corium) en cas d‘accident

Enceinte conçue pour résister à une explosion hydrogène

Système d‘évacuation de chaleur

4 zones indépendantes pour les systèmes redondants de sûreté

Réservoir d‘eau

Page 60: Bonin b

60

Caractéristiques de l'EPR

Améliorations

importantes

de la sûreté

Durée

de vie technique allongée

à

60 ans

Rendement

thermodynamique

élevé

36.7%

Taux

de combustion élevé

(60 GWj/t

-

U enrichi

à

5%)

Possibilité

d'utilisation

du combustible MOX

Marges

prises

sur

composants

Page 61: Bonin b

61

L’EPR: un réacteur de 3ème

génération

Page 62: Bonin b

62

La matière première: le minerai d’uranium

L’uranium

est

très

répandu

sur

terre.

Certaines

mines (Cigar lake, Canada) contiennent

jusqu’à

20%

d’uranium

dans

le minerai.

Les mines françaises

ne sont

plus exploitées

(0.1% à

0.4%).

Yellowcake

Page 63: Bonin b

63

La matière première: le minerai d’uranium Exploitation d’une mine au Niger

Certaines

mines (Cigar lake, Canada) renferment

plus de 20% d’uranium

dans

le minerai. Les mines françaises

ne sont

plus aujourd’hui

exploitées

(0.1% à

0.4%).

Page 64: Bonin b

64

Attention, ne comprend pas tout

2000 Source : NGÔ CEA -

AIE

62-02 Réserves mondiales

prouvées d’uranium (1. 1. 99)

Page 65: Bonin b

65

Ressources classiques connuesRessources classiques connues

130 $/kg d’U 3954 kt

80 $/kg d’U

3002 kt

40 $/kg d’U

1254 kt

Ressources raisonnablement assurRessources raisonnablement assurééeses

130 $/kg d’U 2964 kt

80 $/kg d’U

2274 kt

40 $/kg d’U

916 kt

Ressources supplRessources suppléémentaires estimmentaires estimééeses

130 $/kg d’U 990 kt

80 $/kg d’U

728 kt

40 $/kg d’U

338 kt

Besoins annuels : environ 60 kt

A moins de 80$/kg, une centaine d’années avec la technologie actuelle

Plus de 10 000 ans avec des réacteurs à

neutrons rapides

Source : NGÔ CEA -

AEN

62-01 RRééserves dserves d’’uraniumuranium

Page 66: Bonin b

66

Le prix de l’uranium

Le prix de l’uranium

a été

multiplié

par 10 en 4 ans

!!

Cf

exposé

de Sondes Kahouli

Page 67: Bonin b

67

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteursLes systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

Page 68: Bonin b

68

Le bouillonnement créateur des années 50

(Coffee Shop à

Idaho Falls, 1973)

Page 69: Bonin b

69

Les filières nucléaires

Choix

du spectre

de neutrons

Thermique, Epithermique

ou

Rapide

Choix

du combustible

Uranium, taux

d'enrichissement, autresForme

: oxyde, nitrure, métallique, etc…

Choix

du modérateur

Pouvoir

de modération

(Z faible), faible

absorption neutronique,Large choix

de modérateurs

Choix

du caloporteur

Bon conducteur

thermique, grande

capacité

calorifique, transparence aux neutrons.

Large choix

de caloporteurs

Critères

de sélection

(voir

tableau des modérateurs)

(voir

tableau des caloporteurs)

Page 70: Bonin b

70

Des UNGG aux REP : Le Bugey

Page 71: Bonin b

71

Les réacteurs à

eau bouillante (REB)

Brunswick, GE, 820 MWe

Page 72: Bonin b

72

Analogie Paléontologique

Page 73: Bonin b

73

Évolution

«

If any

species

does

not become

modified

and improved

in a corresponding

degree

with

its

competitors, it

will

soon

be

exterminated

»Charles Darwin. The origin

of species, 1859

«

Si une espèce ne se modifie pas et ne s’améliore pas au même degré

que ses concurrents, elle sera

rapidement exterminée

»

Page 74: Bonin b

74

Le phylum des réacteurs

nucléaires

Page 75: Bonin b

75

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

Page 76: Bonin b

76

Neutrons rapides vs neutrons thermiques

Les Réacteurs à

Neutrons Rapides :

Pour une ressource inépuisable

(le ratio capture/fission est plus favorable pour des neutrons rapides, d’où

possibilité

de

régénérer de la matière fissile en spectre rapide).

Pour réduire les déchets par transmutation

des actinides (les actinides sont fissiles aux neutrons rapides)

Page 77: Bonin b

77

Principe de la régénération de matière fissile :

Formation d’un noyau de plutonium 239 (fissile) par capture d’un neutron sur l’uranium 238 (fertile).

NB : A côté

du cycle U238 (fertile) –

Pu 239 (fissile), il existe un autre cycle du combustible envisageable : Th 232 (fertile) –

U 233 (fissile). Cf

exposé

de Perrine Guillemin)

Page 78: Bonin b

78

Influence du spectre de neutrons sur la transmutation des actinides

241241AmAm

Neutrons lents

Neutrons rapides

Page 79: Bonin b

79

Le Cycle RNR vs le cycle REP

Un REP-UOX typique (1GWé) a besoin de 150 t d’uranium naturel par an et produit 0.25 t de

plutonium par an. Un RNR régénérateur de même puissance aurait besoin de 15 t de Pu (constamment régénérés), et

consommerait seulement ~ 1à

2 tonnes d’Uranium naturel par an.

Avec des RNR, le nucléaire peut être durable!

Page 80: Bonin b

80

Les réacteurs à

neutrons rapides (RNR) pour l’économie des ressources

REP 1GWe

Une fois constitué

le stock opératoire de Pu, les RNR se satisfont d’un appoint de 238U et peuvent se passer totalement d’uranium naturel

RNR 1GWe (isogénérateur)

150 t/an Unat 1 t/an 238U (U appauvri)

10 t Pu

Page 81: Bonin b

81

Régénération de matière fissile dans les réacteurs à neutrons rapides

cœur

Couverture axiale sup.

Couverture axiale inf.

Couverture radiale

Pu consommé

: 800 kg/ancœur :

Pu formé

: cœur : 640 kg/anCAI+CAS : 160 kg/anCR : 160 kg/an

Taux de régénération = = 800

6400,8

80096011,2

Réacteur sous-générateurRéacteur iso-générateurRéacteur surgénérateur

Réacteur de type Superphénix

Risque de prolifération croissant

neutrons neutrons

neutrons neutrons

neutronsneutrons

Page 82: Bonin b

82

Le Cycle RNR vs le cycle REP

Un REP-UOX typique (1GWé) produit 210 Kg de plutonium par an, et 16 kg d’actinides. Le recyclage du Pu sous forme de MOX permet de stabiliser l’inventaire Pu, mais les actinides ne sont pas brûlés et s’accumulent.

Un RNR régénérateur de même puissance peut consommer les actinides qu’il produit.

Avec des RNR, le nucléaire peut être plus propre!

Page 83: Bonin b

83

Schéma de principe du cycle «

RNR

»

URANIUM

REACTEUR(S)

ACTINIDES

TRAITEMENT

PF

Page 84: Bonin b

84

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

Page 85: Bonin b

85

Systèmes nucléaires du futur : les critères de sélection

Economiser

les ressources

naturelles Extraire

efficacement

l’énergie

de la matière

fissile

Réduire les risques de prolifération

Brûler le plutonium, avec un cycle du combustible

intégré

Minimiser

la production de

déchetsRecycler et

transmuter

les actinides mineurs

SURETEECONOMIE

5 critères fondamentaux

Page 86: Bonin b

86

Very

High Temperature

Reactor

6 concepts innovants à

l’étude

Sodium Fast

reactor

Closed

Fuel Cycle

Once Through

Supercritical

Water Reactor

Once/Closed

Molten

Salt Reactor

Closed

Fuel Cycle

Closed

Fuel Cycle

Lead

Fast

Reactor

Gas

Fast

Reactor

Closed

Fuel Cycle

Page 87: Bonin b

87

L’énergie nucléaire : état de l’art, perspectives

Les principes générauxLa réaction en chaîne et son contrôle

Le nucléaire actuellementLe cycle du combustible

Sûreté, risques

Le parc existant, son fonctionnement, ses performances

Filières et générations de réacteurs Les systèmes à

neutrons lents vs rapides

Le nucléaire du futurDe nouveaux critères pour un nucléaire durablePortrait des systèmes nucléaires du futur, ce qu’on peut en attendre, leurs perspectives de développement

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88

Mais nous devons prendre, en attendant, de nouvelles initiatives : de nombreux pays travaillent sur la nouvelle génération de réacteurs, celle des années 2030-2040, qui produira moins de déchets et exploitera mieux les matières fissiles. J'ai décidé

de lancer, dès maintenant, la conception, au sein du Commissariat à

l'énergie atomique, d'un prototype de réacteur de 4ème génération, qui devra entrer en service en 2020.

5

janvier 2006

Page 89: Bonin b

89

Le prototype de 4ème

génération

ASTRID

Enjeux du prototype: Un réacteur capable de transmuter les actinides mineurs

(loi du 28 juin 2006)

Un réacteur sûr, économique, facile à

exploiter et capable de fonctionner à

partir de l’uranium appauvri

(4ème

Génération)

Disposer d’un produit compétitif et innovant pour le marché

futur

(leadership international et crédibilité

nationale)

Inscrit dans la Loi de programme du 28 juin 2006 relative à

la gestion durable des matières et

déchets radioactifs (Article 3)(Le CEA doit) …

mettre en exploitation un prototype

d’installation avant le 31 décembre 2020;700 M€

du grand emprunt

Advanced Sodium Test Reactor

for Industrial

Developments

Page 90: Bonin b

90

Deux filiDeux filièères RNR res RNR àà

ll’é’étude en Francetude en France

Plus mature•

Appelle des améliorations techniques substantielles (sûreté, opérabilité, compétitivité

économique)

OPTION DE REFERENCE

Appelle des ruptures technologiques et des progrès plus importants (combustible, matériaux, sûreté)

Techno plus incertaine•

Plus prometteuse

OPTION ALTERNATIVE

Réacteur rapide SodiumRéacteur rapide à

gaz

Thèse X. Ingremeau

Page 91: Bonin b

91

Etude de concepts innovants: - Système

architecture, conversion, cycle direct ou

combiné.

- Inspection et maintenance

instrumentation spécifique

- Matériaux

combustible, gaines

et structures

- Sûreté

criticité

(cœfficient

de vide)

Un réacteur de 4ème

génération: le SFR(Rapide refroidi au sodium liquide)

(Concept à boucles)

(Concept intégré)

Page 92: Bonin b

92

Phenix

Page 93: Bonin b

93

Le calendrier des générations nucléaires

Generation I

Generation II

1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090

Generation III

PremiPremièères res rrééalisationsalisations

UNGGCHOOZ

RRééacteursacteurs actuelsactuels

REP 900 REP 1300

N4 EPR

RRééacteursacteurs avancavancééss

SystSystèèmes mes du futurdu futur

Generation IV

Page 94: Bonin b

94

La stratégie du développement nucléaire français

Parc actuel

1975 2000 2025 2050 2075

Gen

IV

EPR

Extension

durée de vie

Parc de réacteurs nucléaires EDF

1.

Etendre

la durée

de vie du parc

actuel

(Gen II)2.

Remplacer

les réacteurs

actuels

par des EPR (Gen III)

3.

Introduire

progressivement

des réacteurs

de 4ème

génération (Gen IV)

Page 95: Bonin b

95

Avantages-inconvénients de l’énergie nucléaire

Avantages du nucléaire Inconvénients du nucléaire

Indépendance énergétiqueRessource à

long terme

Découplage des prix des matières premièresProtection de l’environnement globaleLocalisation des emploisBalance des paiementsExportations

Lourds investissementsPeur des radiations (faibles doses)Sûreté-accidents gravesGestion des déchets ultimesNon-prolifération

Page 96: Bonin b

96

Conclusion

••

LL’é’énergie nuclnergie nuclééaire se daire se dééveloppe (on a besoin de tout!)veloppe (on a besoin de tout!)••

Un nuclUn nuclééaire durable, aire durable, ééconomique, propre et sconomique, propre et sûûr est possibler est possible

20102010

→→ 20402040

GenGen

IIIIII

→→ GenGen

IVIV

••

Les systLes systèèmes mes GenGen

IV IV àà

n rapides et cycle fermn rapides et cycle ferméé––

Permettront de minimiser les dPermettront de minimiser les dééchetschets

––

RRéésoudront le problsoudront le problèème des ressourcesme des ressources––

AllAllèègeront les problgeront les problèèmes de prolifmes de proliféérationration

••

De nouvelles applications de lDe nouvelles applications de l’é’énergie nuclnergie nuclééaire sont aire sont envisageablesenvisageables

••

LL’é’énergie nuclnergie nuclééaire est jeune (50 ans). De grands prograire est jeune (50 ans). De grands progrèès sont s sont possiblespossibles

••

Il faut du temps et de la recherche (internationale!)Il faut du temps et de la recherche (internationale!)