Illustration : Révolution Énergétique - Getty.
Nous entendons souvent parler des réacteurs nucléaires « de 4ᵉ génération », destinés à remplacer les réacteurs actuels. Leurs technologies sont promues comme plus durables, plus sûres, plus économiques et comme une solution de choix pour décarboner le secteur de l’énergie et garantir notre sécurité énergétique. Mais, au-delà de ces arguments généraux et marketing, quelles sont les caractéristiques précises recherchées pour ces réacteurs ? Nous allons en présenter ici les objectifs les plus saillants.
La genèse du projet
En janvier 2000, à l’initiative du Department of Energy américain (DOE), des représentants de neuf pays fondateurs se réunissent pour mettre en commun leurs efforts de recherche et développement portant sur l’énergie nucléaire. Ils créent un cadre international dont l’objectif est d’accélérer le développement des réacteurs nucléaires désirables pour notre futur.
Cet événement est le coup d’envoi du Forum Génération IV (abrégé en GIF), qui rassemble aujourd’hui des représentants de 13 pays (Afrique du Sud, Argentine, Australie, Brésil, Canada, Chine, Corée du Sud, États-Unis, France, Japon, Royaume-Uni, Russie et Suisse), et d’Euratom.
Le Forum fixe de multiples objectifs à ces filières nouvelles, et ces objectifs constituent autant d’axes de réponse aux enjeux connus de l’industrie nucléaire : durabilité, non-prolifération et sécurité, sûreté nucléaire et intégration économique.
Les objectifs de durabilité
Les réacteurs actuels fonctionnent grâce à un isotope particulier de l’uranium, l’uranium 235 (l’uranium dit “fissile”), qu’on ne trouve qu’à hauteur de 0,7 % dans l’uranium naturel. Le reste de l’uranium, plus de 99 %, n’est que marginalement exploité, et finit en déchet qu’il faut gérer. Il existe toutefois des technologies de réacteur qui permettent d’augmenter la proportion utilisée de l’uranium, et ce, par le principe dit de la “surgénération” : il s’agit de transformer les isotopes non fissiles en isotopes fissiles, et d’augmenter ainsi très significativement les ressources disponibles en uranium. On parle généralement d’un facteur de multiplication entre 50 fois et 100 fois.
En ce qui concerne les déchets, des technologies de réacteur permettent d’en réduire significativement la quantité et la durée pendant laquelle ils restent nocifs. En effet, la radioactivité de tout corps radioactif diminue avec le temps – il s’agit de la notion de “demi-vie”, c’est-à-dire la durée après laquelle la radioactivité est divisée par deux. À partir d’un certain temps, division par deux après division par deux, la radioactivité devient négligeable, non nocive, car inférieure à la radioactivité observée naturellement dans notre environnement.
Le problème réside dans le fait que certains déchets radioactifs ont une demi-vie très longue : par exemple, plus de 24 000 ans pour l’isotope 239 du plutonium, il faut donc des durées très longues, de plusieurs centaines de milliers d’années, pour que sa radioactivité diminue à un niveau en dessous duquel il n’est plus nocif. Certains réacteurs peuvent toutefois utiliser ce plutonium comme combustible, ce qui a plusieurs avantages : il n’est plus un déchet, mais une ressource, il produit de l’énergie et il est transformé en éléments dont la demi-vie est beaucoup plus courte. Le déchet qui en résulte atteint donc beaucoup plus rapidement un niveau en dessous duquel sa radioactivité n’est plus nocive, et la gestion sûre de ce déchet n’est alors à prévoir que sur des durées nettement moins longues.
Un réacteur de 4ᵉ Génération doit donc revendiquer les caractéristiques suivantes : il doit permettre de mieux utiliser la ressource uranium et d’utiliser une part des déchets comme une ressource tout en réduisant la durée de nocivité de ses déchets.
Non-prolifération et sécurité
Le Forum fixe également comme objectif une résistance accrue à la prolifération des armes nucléaires. Autrement dit, les réacteurs de 4ᵉ Génération ne doivent pas pouvoir en pratique être utilisés pour produire la matière nécessaire à la fabrication d’armes nucléaires. Cet objectif peut être atteint en sélectionnant des technologies spécifiques, par exemple, dont la matière nucléaire sortie de réacteur n’a pas la pureté nécessaire aux applications militaires. Le fait de consommer le plutonium, comme décrit plus haut, participe aussi à cet objectif. En termes d’enjeu de sécurité, est également fixé l’objectif d’une résistance accrue aux attaques terroristes.
Sûreté nucléaire
Lors de sa création en 2000, le Forum a mis en avant la nécessité d’une sûreté nucléaire accrue, c’est-à-dire un risque minime d’endommagement grave du réacteur, et à un risque plus faible encore de rejets massifs de radioactivité dans l’environnement. Cet objectif est bien entendu plus décisif encore aujourd’hui, suite à l’accident des réacteurs de Fukushima, à la suite du tsunami du 11 mars 2011. Près de 160 000 personnes ont été évacuées de leur foyer, et aujourd’hui encore plus de 30 000 personnes vivent ailleurs. Une telle catastrophe n’est bien évidemment pas acceptable et elle a eu de lourdes répercussions sur l’ensemble de l’industrie nucléaire.
Un réacteur de 4ᵉ Génération doit ainsi garantir les plus hauts niveaux atteignables de sûreté nucléaire, tout d’abord en réduisant drastiquement les risques d’accidents graves. De plus, la conception doit prévoir les conséquences de cet accident, de sorte que s’il se produisait malgré tout, les matières radioactives resteraient confinées à l’intérieur de l’enceinte du réacteur. Ainsi serait éliminé le besoin d’une réponse en dehors du site, notamment toute évacuation.
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Un réacteur de 4ᵉ Génération doit proposer une amélioration des paramètres économiques. Cela implique notamment une diminution des coûts de construction, d’exploitation et de démantèlement, sur l’ensemble du cycle de vie du réacteur et de son combustible. En outre, l’industrie nucléaire nécessitant d’importants capitaux, les risques financiers doivent être maîtrisés et maintenus au niveau de ceux des autres sources d’énergie. Cela passe en particulier par une fiabilisation des délais de construction, et ce n’est un secret pour personne qu’il s’agit d’un point noir de nombre de projets de construction, notamment les plus récents.
Il est envisagé également de développer les technologies qui permettent d’utiliser des réacteurs nucléaires pour d’autres applications que la seule production d’électricité, à savoir : la production d’hydrogène, la production d’eau potable, ou encore la production de chaleur par la cogénération.
Le choix des technologies
Les réacteurs démontrant un net progrès sur l’ensemble de ces axes sont appelés des réacteurs de 4ᵉ Génération. Le Forum vise un déploiement industriel de tels réacteurs pour 2030. Le Forum a sélectionné six technologies jugées les plus prometteuses :
• Le réacteur rapide refroidi au gaz (GFR)
• Le réacteur rapide refroidi au plomb (LFR)
• Le réacteur à sels fondus (MSR)
• Le réacteur rapide refroidi au sodium (SFR)
• Le réacteur refroidi à l’eau supercritique (SCWR)
• Le réacteur à très haute température (VHTR)
À lire aussi Ces technologies de réacteurs nucléaires vont bouleverser l’industrie lourdePar exemple, le réacteur du projet ASTRID est un réacteur rapide refroidi au sodium (SFR) et était conçu, avant l’arrêt du programme en 2019, comme un réacteur de 4ᵉ Génération. Il en est de même pour les projets développés par les deux récentes start-up françaises Hexana (SFR) et Stellaria (MSR). L’enjeu est important, car le nucléaire de 4ᵉ génération a des atouts importants pour décarboner notre économie et garantir notre sécurité énergétique. L’ensemble de ces technologies sont toutefois moins matures que celles des technologies actuelles (réacteurs à eau pressurisée, technologie dominante aujourd’hui en France). Elles nécessitent ainsi un important effort de recherche et développement.
Par ailleurs, chacune de ses technologies présente des avantages et des inconvénients, et c’est toute la difficulté du travail de l’ingénierie, et plus généralement de l’industrie, que de passer des promesses, de la théorie, aux réalisations concrètes. Pour aller plus loin, le lecteur curieux pourra consulter le site internet du Forum Génération IV. Le Forum édite également un rapport annuel permettant de suivre les développements techniques, dont voici la version de 2021.
Commentaires
Il y a un truc marrant avec le nuk on ne parle jamais des salariés de cette filière, ceux qui sont en contact avec la radioactivité en labo de recherche ou sur les sites cela représente des milliers de personnes homme et femme, quel sont les conséquences à long terme sur leur santé et celle de leurs enfants.
Aujourd'hui nous avons du mal à former et faire travailler des infirmières des secouristes des pompiers, le changement de mentalité le désir de moins de contrainte et de moins de risque. Demain ou après demain sommes nous sûr de trouver des salariés qualifiés pour venir mettre les mains dans le pièges du nucléaire ?
Avant il n'y avait pas d'information, aujourd'hui un jeune qui souhaite se faire un avenir dans le nucléaire et sur le même registre que pour devenir militaire et vu les spots de pub il n'y a pas foule. Pour le nucléaire il faut de lourde qualification ou alors la catastrophe est garantie.
Merci pour cet article de vulgarisation !
J'échangerai avec plaisir avec vous sur le projet SPARTA porté par NEEXT Engineering. Centrale genIV conçue en France.
"une telle catastrophe n’est bien évidemment pas acceptable et elle a eu de lourdes répercussions sur l’ensemble de l’industrie nucléaire."
SAUF QUE on ne peux pas comparer la technologie des centrales au japon a FUKUSHIMA et le reste du monde.....
il sont bien différente !
une explication d expert très intéressant ici par MAXIME AMBLARD ingénieur d’études en physique des réacteurs nucléaires
https://www.youtube.com/watch?v=sMVXtlNeMtA
Vu qu'il parlent dans cet article des "technologies du futur" comme le réacteur rapide refroidi au sodium qui est en development depuis.... les années 70.
J'ai moi même visité superphenix à l'époque et je suis bien content qu' n'ai jamais été mis en marche !
Demandez juste à un pompier comment faire pour éteindre un feu de sodium fondu: il va exploser de rire.
D'ailleurs il ne s'agit pas d'un événement impensable: cest ce qui est arrivé en 1995 sur le reacteur de Monju au japon et que les autoritées on tout fait (avec succès) pour cacher la vraie étendue de l'accident.
Avez vous regarder la video jusqu au bout ?
car la encore vous comparez des technologies différentes ...
En quoi est-ce "révolution énergétique" ? Vous cautionnez maintenant le nucléaire, on l'a déjà.
Bas carbone certes, mais avec son 3 D : Déchets, Dépenses, Dangers
Une idée des déchets et des dépenses de l'éolien : les photos des fondations des éoliennes du parc de Fécamp (pour seulement 500MWc).
https://france3-regions.francetvinfo.fr/image/sRDh2wqQSk3Kr3RZi9LPmXpv3t0/600x400/regions/2022/02/12/6207c480277a8_fon2.jpg
Combien de tonnes de béton ? Plus que dans une tranche nucléaire pour seulement 500 MWc ! Et tout cela pour une durée de vie de 25 ans seulement, incluant une disponibilité de seulement 50%. Vous parliez de déchets ?
Les ENr en Allemagne, c'est déjà 800 milliards d'euros dépensés (soit 80 EPR2 ou 160 PWR en rythme de croisière) , 18 000 éoliennes dont beaucoup s'avèrent inefficaces. Ce sont les Allemands qui le disent eux-même.
https://atlantico.fr/article/rdv/ce-que-nous-apprend-l-analyse-de-18-000-eoliennes-allemandes-sur-leur-veritable-efficacite-energetique-environnement-transition-energetique-planete-solutions-energie-electricite-crise-energetique-alternatives-reformes-philippe-charlez
Vous avez déjà 2D au compteur, vous n'êtes plus très loin. Je vous aperçois dans mon rétroviseur.
Vous dites n’importe quoi, et vous êtes à l’affut de tout propos favorable aux ENR pour en étouffer toute vérité par des assertions délirantes. Vous prétendez que l’Allemagne a dépensé 800 milliards d’euros pour 18000 éoliennes, mais si je compte 3 millions d’euros par éolienne en moyenne la facture se monte à 54 milliards ! vous dites n’importe quoi pour décrédibiliser l’image de l’éolien dans un média dont la promotion des ENR semblait au départ le credo.
Vous cognez sur l’éolien et les ENR au motif qu’ils consommeraient trop de matériaux, mais évidemment vous éludez Bure avec 300 km de galeries, 14,4 millions de tonnes de béton et l’équivalent de 27 tours Eiffel pour le ferraillage pour ne rien produire et pour un avenir dont nul ne peut garantir les évolutions sur plus de 100 000 ans. Et dans quelques décennies, un nouveau Bure à creuser pour les déchets supplémentaires. Vous passez sous silence toutes les externalités négatives et semblez faire du nucléaire civil une religion en vous pliant à sa promotion forcenée et enchanteresse.
Vous êtes besogneux et toujours présent dans votre rôle de supplétif d’une presse financée pour convaincre le bon peuple que notre survie passe par un nucléaire omnipotent et dominateur, alors vous en épousez les manigances, en évitant d’alarmer sur les risques, sur les déchets sans solution satisfaisante, sur les précautions extrêmes pour la manipulation et la gestion du mox et sur ses déchets encore plus problématiques, sur les conséquences dramatiques d’un dysfonctionnement du circuit de refroidissement au sodium, etc. Au lieu de cela, vous faites miroiter la croissance, la puissance du nucléaire en arguant que l’on multiplie par 100 le potentiel énergétique de l’uranium 235 de nos centrales. Et quid de notre vulnérabilité qui sera la conséquence d’un maillage géographique serré et d’un éparpillement de ces SMR qui deviendront des cibles en cas de conflits ou de catastrophes naturelles.
Je suis contre Bure.
Et vous, je suppose que vous êtes besogneux de l'admirable taux de production de CO2 par nos très écologistes voisins allemands ? Je suppose que vous êtes besogneux du ravage des paysages allemands sous l'effet de l'extension des mines de lignite ?
Non, on ne multiplie pas par 100 le potentiel énergétique de l'U235 de nos centrales, en vérité vrai, on le multiplie par au moins 50 milliards, peut-être même 300 milliards. Donc si on multiplie 70 ans par 300 milliards on obtient...... Non en fait, je plaisante. Je vous laisse chercher les informations sur les sites scientifiques et faire le calcul vous-même.
En attendant, quelques leaders écolos allemands ont récemment reconnu qu'ils ont commis une erreur en se focalisant contre le nucléaire et en voyant la quantité de gaz fossile consommée par leur pays en raison du virage ENr, en raison de intermittence de ces ENr.
Les sociétés TotalEnergies et Engie ne s'y sont pas trompé : ces acteurs du gaz naturel sont de gros candidats aux appels d'offre pour les champs éoliens maritimes, car ils ont compris que pour compenser l'intermittence des ENr, ils font tourner leurs propres centrales , approvisionnées avec leur propre gaz : charité bien ordonnée commence par soi-même.
Bienvenue dans le monde des bisounours.
L’Allemagne reste la cible des enragés pronucléaire car elle est l’illustration concrète de la non nécessité du nucléaire, et son agenda de sorti du nucléaire et du charbon est acté politiquement à 2035. Face à la rigueur germanique Il faut cesser cette morgue et cette suffisance, cesser de les prendre pour des imbéciles, car il en sera de l’énergie comme de l’économie, notre déficit extérieur est abyssal quand l’Allemagne est largement bénéficiaire. Le nucléaire va devenir un boulet qui va plomber toute notre société. En France aussi l’on déplore de faux écologistes qui ont retourné leur veste, sans doute sous l’effet de la pression de conformité, question de personnalité. Une fois de plus votre raisonnement est fallacieux, l’intermittence des ENR ne peut selon vous qu’être suppléée par des fossiles alors que c’est faux, les solutions non carbonées se développent toujours plus et vous devriez comprendre que la fin du gaz russe ne peut signifier la fin des usages de gaz qui ne sert pas que pour l’énergie. L’inertie est forte, les processus très capitalistiques. Mais je préfère me ranger du côté des solutions pérennes plutôt que du côté des pollueurs éternels et des fossoyeurs d’espoir.
Le nucléaire va devenir un boulet...c'est vrai qu'au cours des 40 dernières années l'électricité est 2 à 3 fois moins chère en France qu'en Allemagne.
L'Allemagne cessera d'être la cible des enragés du nucléaire le jour où elle cessera de vouloir imposer sa vision des choses au reste de l'Europe, via sa domination sur l'administration de la Commission Européenne. Qu'il renoncent au nucléaire sur leur territoire, c'est leur droit. Meunier maître en son moulin. Qu'ils nous fassent une guérilla au sein de l'Europe sur ce sujet, c'est insupportable. Si le nucléaire était si problématique, ils devraient au contraire nous encourager à nous enfoncer dans cette "grave erreur pro-nucléaire" car ce serait pour eux l'assurance de se débarrasser d'un pays concurrent gênant qui produit une électricité 3x moins chère qu'eux.
Quant à la suppléance de l'intermittence des ENr, allez c'est vrai que j'ai un peu exagéré. Il est effectivement techniquement possible de faire du 100% ENr , en mettant en place des systèmes de stockage. Pour cela je vous renvoie à mon calcul publié dans l'article très récent du 13 mars consacré à l'exploitation du gisement solaire en Algérie. Ce calcul établit que pour obtenir 1GW en flux continu, il faut investir 20GW en photovoltaïque, donc 20x . Excusez du peu. 20GW çà fait 10 milliards d'investissement , rien que çà...et pour seulement 25 ans, au lieu de 60 ans.
Vous persistez dans vos approximations et vos manipulations. Le prix de l’électricité en Allemagne est un peu plus élevé pour les foyers, mais pas deux fois plus comme vous l’affirmez, mais c’est uniquement dû à des taxes plus fortes mais le prix de base de l’électricité est en réalité plus faible ; par contre pour les entreprises le prix est plus faible qu’en France. C’est un choix politique qui a prouvé sa pertinence.
Contrairement à vos affirmations ce n’est pas l’Allemagne qui cherche à imposer ses vues, mais la France qui veut consteller notre pays, et au-delà, d’infrastructures nucléaires en exigeant de surcroit des soutiens financiers identiques à ceux accordés pour des énergies non polluantes, sûres et durables. On peut remercier l’Allemagne de tenter de nous ouvrir les yeux sur notre irrationnalité et notre irresponsabilité dans notre volonté persistante à représenter un risque radiologique permanent pour ses voisins.
Sur le même registre mensonger, vous pointez la courte vie des panneaux solaires, vous parlez de 25 ans de vie pour les panneaux, mais vous n’êtes quand même pas sans savoir que durant 25 ans les panneaux produisent au maximum de leur capacité et qu’ensuite ils fonctionnent jusqu’à 40 voire 50 ans à 80% de cette capacité initiale. Nous ne sommes pas loin des 60 ans d’un réacteur, et cela sans démantèlement laborieux et risqué, sans montagnes de déchets irradiés, sans intermittence prolongée due à de graves dysfonctionnements, sans pollution des milieux, sans saturation des stockages, sans dérive exponentielle des coûts, et sans contribution constante du contribuable pour financer des coûts exponentiels et toujours exceptionnels ....
Le comble est qu’au sein d’un média ouvert aux ENR, vous arrivez en terrain conquis et vous vous permettez de dire n’importe quoi ; à croire que pour l’entrisme pronucléaire, la fin justifie les moyens et permet de s’affranchir de toute mauvaise conscience. Mais ça je n’en doutais pas.
Réacteurs à très haute température (le dernier de la liste)...bof
La montée en température permet d'augmenter le rendement, mais fragilise les structures. Les Chinois en savent quelque-chose avec leur EPR de Taîshan.
J'ai beau être pro-nucléaire, perso, j'éviterais cette voie.