Préparer le futur dans la durée

Dans un contexte de fort déve­lop­pe­ment, il convient plus que jamais de » pen­ser » le nucléaire du futur en termes durables : avec une opti­mi­sa­tion de la res­source » ura­nium « , avec une ges­tion res­pon­sable des déchets et avec une sûre­té tou­jours garan­tie. Ces impé­ra­tifs sont au coeur de la stra­té­gie fran­çaise qui se tra­duit par un pro­gramme de recherche et déve­lop­pe­ment à la fois glo­bal et cohérent.

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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