Préparer le futur dans la durée

Une des car­ac­téris­tiques majeures de la recherche et du développe­ment dans le domaine nucléaire est son inter­na­tion­al­i­sa­tion. C’est pourquoi la France par­ticipe active­ment au Forum ” Généra­tion IV ” depuis sa créa­tion en 2000. Ce forum rassem­ble désor­mais plus d’une douzaine de pays (dont les États-Unis, le Japon, la Chine, la Russie) pour une réflex­ion partagée et une mise en com­mun de moyens pour le développe­ment des sys­tèmes nucléaires du futur.

REPÈRES
Le parc nucléaire exis­tant (sys­tèmes dits de 2e généra­tion, con­stru­its à la suite du pre­mier choc pétroli­er) con­court à la pro­duc­tion de plus de 15 % de l’électricité mon­di­ale, pour­cent­age qui devra s’accroître encore dans le futur.
Les grandes étapes du xxie siè­cle sont donc pour le nucléaire de fission :
– une recherche d’optimisation du fonc­tion­nement des réac­teurs exis­tants, à tra­vers des com­bustibles plus per­for­mants, une plus grande disponi­bil­ité et une exten­sion de la durée de vie des unités,
– un large déploiement des sys­tèmes de 3e généra­tion (type EPR) de par le monde,
– une intro­duc­tion des sys­tèmes de 4e généra­tion, à par­tir de 2040 lorsque les tech­nolo­gies cor­re­spon­dantes seront à maturité.
Quant à la voie de la fusion con­trôlée par con­fine­ment mag­né­tique, l’échéance majeure est la mise en exploita­tion du réac­teur ITER en 2017 à Cadarache (Bouch­es-du-Rhône). Ce réac­teur ITER sera exploité pen­dant vingt ans, et un démon­stra­teur indus­triel devrait ensuite lui succéder

En 2002, ce Forum a sélec­tion­né six con­cepts regroupant un type de réac­teur et un cycle du com­bustible asso­cié sur la base de critères de développe­ment durable. C’est ain­si que la con­cep­tion des réac­teurs nucléaires de qua­trième généra­tion doit répon­dre à plusieurs objectifs :

La ques­tion des matières pre­mières et de leur cycle est indis­so­cia­ble de celle des réacteurs

• réduire le vol­ume et la radiotox­i­c­ité des déchets produits ;
• mieux utilis­er la ressource ura­ni­um (les réac­teurs de 4e généra­tion pour­ront pro­duire cinquante fois plus d’élec­tric­ité à par­tir de la même quan­tité d’u­ra­ni­um, résolvant par là même le prob­lème lié à la ressource et égale­ment celui de la sécu­rité d’approvisionnement) ;
• amélior­er encore la sûreté et la sécu­rité des réacteurs ;
• réduire les risques de pro­liféra­tion. Six sys­tèmes répon­dant à ces critères ont été sélec­tion­nés, qui pour­ront égale­ment faire face aux nou­veaux besoins issus de l’in­dus­trie et des trans­ports (pro­duc­tion d’hy­drogène pour bio­car­bu­rants de syn­thèse et pour piles à com­bustible, désalinisation).

Réacteurs pilotes, outils partagés et partenariats

Aujour­d’hui la ques­tion des matières pre­mières et de leur cycle est indis­so­cia­ble de celle des réac­teurs. Le nucléaire du futur s’ap­préhende alors en ter­mes de sys­tèmes englobant ces deux aspects. Les recherch­es des­tinées à l’émer­gence des réac­teurs de 4e généra­tion s’ac­com­pa­g­nent en France de recherch­es pour faciliter cette même tran­si­tion vers le futur au niveau du cycle du com­bustible, afin de pass­er pro­gres­sive­ment de la sit­u­a­tion actuelle, asso­ciée au fonc­tion­nement de réac­teurs à eau légère, à un recy­clage plus glob­al pou­vant inclure égale­ment les actinides mineurs, con­tribu­teurs prin­ci­paux à la tox­i­c­ité des déchets ultimes.

La col­lab­o­ra­tion inter­na­tionale est essentielle

Con­cer­nant plus spé­ci­fique­ment les réac­teurs de 4e généra­tion, la France est aujour­d’hui face au choix de la tech­nolo­gie à sélec­tion­ner de manière à pou­voir se dot­er d’un pro­to­type, dont la con­struc­tion à l’hori­zon 2020, pré­fig­u­rant un déploiement indus­triel, a été annon­cée par le prési­dent Chirac en 2005. En la matière, les réflex­ions français­es, qui visent à main­tenir ouvertes dif­férentes options tech­nologiques, s’en­ga­gent aujour­d’hui sur deux des six fil­ières retenues par le Forum Généra­tion IV. Toutes deux sont sur la base d’un spec­tre de neu­trons rapi­des et d’un cycle fer­mé : il s’ag­it d’un pro­to­type de réac­teur rapi­de au sodi­um et d’un réac­teur rapi­de refroi­di au gaz, le pro­to­type au sodi­um appa­rais­sant aujour­d’hui comme la solu­tion de référence.

• La solu­tion de référence avec Astrid

Astrid pré­fig­ure le futur
De nom­breux pro­grès sont atten­dus de ce pro­to­type. Ils visent :
• une sûreté per­for­mante prenant en compte les spé­ci­ficités des neu­trons rapi­des et du sodi­um, les études devant accroître la résis­tance du réac­teur aux acci­dents graves et aux agres­sions externes ;
• une réduc­tion du coût d’investissement ;
• de meilleures con­di­tions d’ex­ploita­tion per­me­t­tant une disponi­bil­ité max­i­male, notam­ment en amélio­rant les con­di­tions d’in­spec­tion en ser­vice, de main­te­nance et de réparation ;
• la ges­tion opti­misée des matières nucléaires ;
• un cycle fer­mé per­me­t­tant le mul­ti­re­cy­clage du plutonium ;
• la pos­si­bil­ité d’inc­inér­er les actinides mineurs.

Cette voie appa­raît raisonnable­ment comme la plus com­pat­i­ble avec l’échéance de 2040. L’ob­jec­tif de pré­par­er le déploiement indus­triel d’un type de réac­teur rapi­de dans le parc français à l’hori­zon 2040 con­duit à don­ner une pri­or­ité forte aux recherch­es d’in­no­va­tions sur le réac­teur à neu­trons rapi­des refroi­di au sodi­um (RNR sodi­um) dans l’in­ten­tion de sélec­tion­ner en 2012 les options les plus promet­teuses pour la fil­ière que le pro­to­type français con­tribuera à valid­er dès 2020. Ces réflex­ions définis­sent un cal­en­dri­er pré­cis pour l’ob­jec­tif fixé d’une con­struc­tion de ce pro­to­type en 2020 : une péri­ode de six années, ouverte en 2006, doit per­me­t­tre de rassem­bler les élé­ments tech­niques néces­saires à pré­par­er cette réal­i­sa­tion en pro­posant les spé­ci­fi­ca­tions cor­re­spon­dantes, avec une pre­mière phase jusqu’en 2009 large­ment con­sacrée à l’ex­a­m­en des inno­va­tions poten­tielles, qui sera suiv­ie par trois années des­tinées à la con­sol­i­da­tion de ces études. Les réflex­ions cou­vrent égale­ment le pro­jet de con­struc­tion d’un pilote de fab­ri­ca­tion de com­bustibles pour ces réac­teurs rapi­des du futur.

• Une alter­na­tive forte­ment inno­vante avec Allegro
En ce qui con­cerne la fil­ière RNR gaz, alter­na­tive à la fil­ière RNR sodi­um, les résul­tats acquis et les rela­tions nouées dans le cadre européen devraient per­me­t­tre l’en­gage­ment d’un pro­jet de réac­teur démon­stra­teur à l’échelle européenne, pro­jet auquel la France par­ticiperait. La fais­abil­ité de la fil­ière repose essen­tielle­ment sur la lev­ée des ver­rous tech­nologiques suivants :
— mise au point d’un com­bustible qui assure le con­fine­ment des pro­duits de fis­sion, et capa­ble de résis­ter aux très hautes températures ;
— développe­ment de matéri­aux de struc­ture pour le cœur résis­tant à la fois à de hautes tem­péra­tures et à un flux de neu­trons élevé ;
— ges­tion des sit­u­a­tions accidentelles.

Met­tre au point ces tech­nolo­gies sup­pose de dévelop­per de nou­veaux matéri­aux et des com­bustibles inno­vants capa­bles de résis­ter à de très fortes sol­lic­i­ta­tions (flux de neu­trons impor­tants, tem­péra­tures pou­vant attein­dre 1 000 °C…).

• Des out­ils expéri­men­taux partagés : l’ex­em­ple du réac­teur Jules Horowitz
La col­lab­o­ra­tion inter­na­tionale est essen­tielle à la fois pour partager les efforts de recherche et accélér­er les développe­ments tech­nologiques en opti­misant l’u­til­i­sa­tion des équipements, des ressources humaines et finan­cières, et pour par­ticiper à l’élab­o­ra­tion de stan­dards inter­na­tionaux en matière de sûreté et de non-pro­liféra­tion qui s’im­poseront aux réac­teurs et aux procédés de recyclage.

De manière con­crète, l’ensem­ble de ces travaux de R & D néces­sit­era bien sûr la réal­i­sa­tion de nom­breuses instal­la­tions expéri­men­tales. La France, à tra­vers le CEA, se dotera en con­séquence à l’hori­zon 2014 d’un réac­teur expéri­men­tal pour les irra­di­a­tions par exem­ple. Ce nou­veau réac­teur, le Réac­teur Jules Horowitz ou RJH, qui associera étroite­ment les indus­triels et s’ou­vre d’ores et déjà large­ment aux par­tic­i­pa­tions inter­na­tionales (Bel­gique, Fin­lande, Suède, République tchèque, Espagne, Japon, Inde…), dont la con­struc­tion a été lancée en mars 2007, per­me­t­tra la mise au point et l’é­tude de nou­veaux com­bustibles et matéri­aux, à la fois dans la per­spec­tive d’un sou­tien aux réac­teurs exis­tants mais aus­si en pré­pa­ra­tion du développe­ment des machines de 4e génération.

Vue de la chaîne blind­ée de l’installation Ata­lante (CEA Mar­coule) dans laque­lle sont réal­isées les expéri­ences de sépa­ra­tion des actinides

Le cycle du combustible, clé pour une renaissance durable du nucléaire

La vision de plus en plus large­ment partagée du rôle de l’én­ergie nucléaire au XXI^e siè­cle aura néces­saire­ment pour con­séquence un accroisse­ment du parc élec­tronu­cléaire mon­di­al, et cette renais­sance du nucléaire doit s’ac­com­pa­g­n­er pour être durable d’une ges­tion respon­s­able du cycle, afin d’éviter l’ac­cu­mu­la­tion des com­bustibles usés de par le monde.

De grands parte­naires comme États-Unis et Japon
Après une pre­mière phase de partage de la R & D amont pour l’ensem­ble des pays mem­bres du Forum GEN IV, l’in­ter­na­tion­al­i­sa­tion de la recherche sur les sys­tèmes nucléaires du futur est entrée dans une deux­ième phase, celle de la déf­i­ni­tion des pro­to­types. Cette phase, plus proche de l’é­tape indus­trielle, se car­ac­térise par l’étab­lisse­ment de parte­nar­i­ats plus étroits, entre pays por­teurs des dif­férentes tech­nolo­gies. On peut citer l’ex­em­ple récent d’un Mem­o­ran­dum of Under­stand­ing tri­par­tite signé entre le CEA, le DOE améri­cain et la Japan­ese Atom­ic Ener­gy Author­i­ty (JAEA) en vue de l’har­mon­i­sa­tion des pro­to­types de réac­teurs rapi­des au sodi­um que le Japon, les États-Unis et la France enten­dent cha­cun dévelop­per dans les années à venir.

Le domaine du traite­ment-recy­clage fait aujour­d’hui l’ob­jet de nom­breux développe­ments attes­tant là encore d’un renou­veau du nucléaire au niveau mon­di­al, avec, comme dans le domaine des réac­teurs, un ren­force­ment de la col­lab­o­ra­tion inter­na­tionale, voire de la com­péti­tion. Il faut soulign­er notam­ment la mise en ser­vice de l’u­sine de Rokkasho-Mura, fruit du trans­fert de tech­nolo­gie de l’u­sine française de La Hague à Japan Nuclear Fuel Lim­it­ed (JNFL). La Chine étudie avec la France la four­ni­ture d’une usine de traite­ment recy­clage dans le cadre d’un accord inter­gou­verne­men­tal. L’Inde développe les réac­teurs à neu­trons rapi­des et entend se dot­er d’une indus­trie civile du traite­ment recy­clage. Aux États-Unis, l’ini­tia­tive GNEP (Glob­al Nuclear Ener­gy Part­ner­ship), des­tinée à faire partager les béné­fices d’un développe­ment sûr de l’én­ergie nucléaire tout en réduisant le risque de pro­liféra­tion, mar­que un revire­ment de la poli­tique nucléaire de ce pays, avec le choix du cycle fer­mé et l’of­fre de traite­ment-recy­clage associée.

La France a fait, dès le lance­ment de son pro­gramme élec­tronu­cléaire, le choix du cycle fer­mé, recy­clant l’u­ra­ni­um et le plu­to­ni­um présents dans les com­bustibles usés et per­me­t­tant de faire ain­si face effi­cace­ment à la prob­lé­ma­tique de la ges­tion des déchets de l’in­dus­trie nucléaire. Elle dis­pose en con­séquence aujour­d’hui d’une indus­trie du traite­ment-recy­clage mature, béné­fi­ciant d’un retour d’ex­péri­ence sans égal, de vingt-cinq ans d’ex­ploita­tion indus­trielle dans des instal­la­tions de pointe, ce qui en fait le leader mon­di­al en la matière. Ces tech­nolo­gies démon­trent aujour­d’hui leur capac­ité à s’adapter aux dif­férents sys­tèmes et per­me­t­tront de met­tre en oeu­vre pour les sys­tèmes futurs des procédés présen­tant une résis­tance accrue vis-à-vis des risques de prolifération.

Le procédé COEX™, dévelop­pé au CEA en parte­nar­i­at avec Are­va NC, est une évo­lu­tion du procédé PUREX, des­tiné à pro­duire un mélange ura­ni­um-plu­to­ni­um sans pro­duc­tion de plu­to­ni­um séparé. À par­tir des mêmes unités de traite­ment, un recy­clage inté­gral des actinides est à l’é­tude pour la 4e généra­tion avec une extrac­tion groupée des actinides (majeurs et mineurs) grâce au procédé GANEX.

Coopération européenne sur la fission nucléaire durable

La France s’est forte­ment impliquée dans la créa­tion de la SNETP, plate-forme tech­nologique européenne, et s’en est vu con­fi­er, au tra­vers du CEA, la prési­dence pour les deux prochaines années.

Deux dates-clés en France : 2012 et 2020
En France, la loi du 28 juin 2006 traduit la cohérence entre R & D sur les réac­teurs du futur et sur le cycle. Cette approche pro­gres­sive est un pro­gramme de recherch­es et de travaux, assor­ti d’un cal­en­dri­er, pour met­tre en oeu­vre ce plan. En par­al­lèle des domaines con­fiés à l’AN­DRA (entre­posage et stock­age en couch­es géologiques pro­fondes), les études sur la sépa­ra­tion et la trans­mu­ta­tion sont menées au CEA en liai­son avec la con­cep­tion et le développe­ment des réac­teurs du futur : le cal­en­dri­er pré­cise deux dates-clés avec en 2012 l’é­val­u­a­tion des per­spec­tives indus­trielles pour la trans­mu­ta­tion des actinides mineurs, et en 2020 la mise en exploita­tion d’un pro­to­type de réac­teurs à neu­trons rapides.

En effet, après la pub­li­ca­tion d’un Livre blanc sur l’én­ergie en 2007, la Com­mis­sion européenne a décidé de se dot­er d’une struc­ture com­mu­nau­taire dédiée, une ” plate-forme tech­nologique sur la fis­sion nucléaire durable “, des­tinée à dévelop­per la con­cer­ta­tion et les syn­er­gies entre les acteurs européens sur le sujet, et ce de manière à main­tenir la com­péti­tiv­ité de l’U­nion dans le domaine du nucléaire de fis­sion. Cette plate-forme, mise en place en sep­tem­bre 2007, réu­nit plus de 60 parte­naires (organ­ismes de R & D, indus­triels, représen­tants de réseaux européens et de la Com­mis­sion elle-même) et a pour pre­mière mis­sion l’élab­o­ra­tion, en 2008, d’un agen­da de recherche stratégique (SRA) fix­ant des objec­tifs partagés et une feuille de route étab­lis­sant les jalons impor­tants à attein­dre en la matière avec un cal­en­dri­er asso­cié et l’i­den­ti­fi­ca­tion d’in­fra­struc­tures expéri­men­tales à met­tre en oeu­vre dans cette perspective.

La syn­ergie entre R&D et indus­triels doit rester forte 

Pour la recherche et l’in­dus­trie nucléaire française, la voie du futur est claire­ment tracée. Le nou­veau développe­ment de l’élec­tronu­cléaire devient ain­si une source de grands défis pour une nou­velle généra­tion d’ingénieurs. Et la France, qui s’est engagée de longue date en ce domaine, pos­sède des atouts sci­en­tifiques et indus­triels, qui la met­tent naturelle­ment en très bonne place mon­di­ale pour faire face à ces nou­veaux défis.

Devant ce regain d’in­térêt, la syn­ergie entre R & D et indus­triels, atout majeur pour la péren­ni­sa­tion du lead­er­ship français dans l’élec­tronu­cléaire de demain, doit rester forte. Elle doit égale­ment inspir­er les actions à pour­suiv­re au niveau de l’Eu­rope. Pre­mier élec­tricien nucléaire dans le monde (avec 31 % d’élec­tric­ité d’o­rig­ine nucléaire), l’Eu­rope doit jouer dans ce renou­veau mon­di­al un rôle d’ac­teur majeur sur le plan énergé­tique. C’est un de ses atouts impor­tants de développe­ment économique.

L’A­gence France nucléaire international
Cette agence a été créée au sein du CEA par décret du 9 mai 2008 pour répon­dre à la demande crois­sante de nom­breux pays, notam­ment émer­gents, et accom­pa­g­n­er ces derniers dans le développe­ment de l’én­ergie nucléaire civile, dans le respect des normes de sécu­rité les plus strictes. L’a­gence inté­grée au CEA, sous con­trôle d’un comité inter­min­istériel, est con­sti­tuée d’une équipe per­ma­nente restreinte, chargée d’or­gan­is­er et de coor­don­ner l’ac­tion de dif­férentes équipes pro­jets. Ces dernières seront mis­es en place pour chaque pays con­cerné et fer­ont appel aux exper­tis­es présentes chez les dif­férents opéra­teurs français.

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