•  
    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.

               J'ai fait le point hier sur le réacteur ITER, qui est destiné à étudier les problèmes posés par la fusion nucléaire pour produire de l'énergie notamment électrique. Il utilise le principe des Tokamak : des bobines supraconductrices refroidies à l'hélium liquide (-268 d°C), produisent un énorme champ magnétique, qui maintient dans une chambre toroïdale, le plasma 2H - 3H, chauffé à cent million s de degrés.
               Ce projet et le fruit d'une coopération étatique internationale.

              Mais des circonstances nouvelles apparaissent : l'industrie privée commence à s'intéresser à l'énergie nucléaire de fusion. Plus de 30 industriels travaillent maintenant sur ces problèmes et 18 entreprises ont rendu public leurs projets et ont réuni, pour les débuter plus de 2,1 milliards d'euros, issus de fonds privés.
            Les renseignements que je vais donner proviennent d'un article paru, ce mois, dans la revue "Pour la Science" que j'ai complété par des recherches sur internet

              La société anglaise TOKAMAK ENERGY conserve le principe des tokamaks, mais diffère dans sa réalisation d'ITER. La chambre de fusion est sphérique et donc plus petite.
    Les aimants sont des supraconducteurs "haute" température qui demandent moins de refroidissement. (C'est à dire de l'azote liquide à -195 d°C au lieu de -268!)
    Son réacteur étudié depuis 10 ans, ST40 - photo ci-d essous -, aurait permis d'atteindre l'étape des 100 millions de degrés en 2018. Un deuxième réacteur devrait permettre une réaction de fusion vers 2025 et servirait de base à la conception d'une usine pilote.

    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.

               L'agence pour l'énergie atomique britannique  a également lancé un projet analogue de réacteur "STEF", centrale devant produire 100 MW d'énergie électrique d'ici 2040.

              La société américaine Commonwealth Fusion à Cambridge dans le 
    Massachusetts a conçu, en liaison avec le MIT, des aimants à haute température adaptés à un tokamak sphérique. Ils donnent un champ de 20 Tesla, contre 13 pour les aimants d'ITER. Un premier réacteur SPAC devrait montrer en 2025, la faisabilité de la fusion en équilibrant les énergies fournies et recueillies. Puis un second réacteur ARC sera de taille industrielle, vers 2030.

    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.        L'Institut allemand Max Plank utilise un autre type de tokamak baptisé "stellarator Wendelstein". son système de solénoïdes destiné à créer un énorme champ magnétique est une boucle complexe qui crée des champs magnétiques torsadés hélicoïdaux, permet un meilleur contrôle sur le plasma produit et, par conséquent, sur les réactions de fusion nucléaire induites.
              Cet appareil n'est pas destiné à étudier un réacteur qui produise de l'énergie, mais seulement un ensemble d'étude destiné à rechercher les meilleurs conditions pour créer un plasma à 100 millions de degrés, qui soit stable. Un plasma de 80 millions de degrés a été obtenu pendant un quart de seconde.
             Des appareils analogues au Wendelstein avaient été imaginés dans les années 1950, les stellarators, mais les ordinateurs de l'époque n'avaient pas la puissance de calcul suffisante pour déterminer précisément cette forme, et ce type de machine a été abandonnée jusqu'à ce que les ordinateur aient considérablement accru leur puissance de calcul.

    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.         Une société canadienne General Fusion devrait s'installer dans un village du coude de la Tamise : Culham, qui abrite déjà un centre britannique sur les recherches de fusion.
    Un bâtiment  devrait être construit (photo à gauche).


    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.       


    La technique de son réacteur en projet et très différente de celle des tokamak. (photo à droite)
    On comprime le plasma plus lentement à l'aide de pistons, un champ magnétique évitant les pertes de chaleur. Une centrifugeuse fait tourner une chambre remplie de plomb et de lithium fondus et le mouvement ouvre une cavité dans le métal liquide.où l'on injecte le plasma. Un système de pistons injecte un surplus de métal liquide dans la chambre, comprimant le plasma pendant quelques dizaines de millisecondes, ce qui devrait amorcer la fusion, qui fait alors baisser la pression. On produit ainsi un cycle par seconde. Le lithium du métal fondu génère du tritium sous l'effet des neutrons.
              Le démonstrateur devrait fonctionner en 2025.
    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.

               La société américaine californienne TAE Technology a annoncé il y a un an, avoir réussi à produire un plasma stable à plus de 50 millions de degrés C.
              Son procédé est très original, puisqu'il fait fusionner non pas les deux isotopes d’hydrogène lourds deutérium et tritium, mais les protons d’hydrogène avec des isotopes de bore 13.
    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.

             Le procédé est par ailleurs très différent (photo ci dessus du démonstrateur Norman).
             Dans les boites des deux extrémités, on chauffe un mélange atomique hydrogène -bore et l'on crée un plasma qui est envoyé par deux accélérateurs linéaires dans une chambre centrale, entourée d'un solénoïde cylindrique qui confine le plasma, lequel va tourner autour de l'axe du réacteur, sous l'effet du champ magnétique, ce qui le stabilise.
            La société espère montrer la faisabilité de la fusion vers 2025 et un prototype de réacteur vers 2030.

              La start-up britannique First Light Fusion utilise un "confinement inertiel", où le confinement du plasma n'est pas créeé par des champs magnétiques, mais par une onde de choc, qui le comprime jusqu'à la densité demandée pour la fusion, pendant une fraction de seconde, avant de disperser et dissiper son énergie.
              L'onde de choc n'est pas provoquée par des lasers, mais par un canon électroma-gnétique qui projette à 6,5 km/seconden un morceau de matériau sur une cible de quelques cm3, contenant les isotopes d'hydrogène. La capsule est finalement comprimée à une pression extrême de 10 térapascals, soit 100 millions d’atmosphères ! Une fois comprimée, la capsule a une taille inférieure à 100 microns.
             Ci dessous une vue du canon à hyper vitesse.

    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.

     

             De plus de nombreuses sociétés gravitent autour de celles qui étudient des réacteurs et étudient certains aspects particuliers. A titre d'exemple, la société DeepMind d'intelligence artificielle, appartenant à Google, a annoncé qu'elle était parvenue à entraîner à un programme d'intelligence artificielle à contrôler une réaction de fusion nucléaire. en lui apprenant à contrôler le plasma enflammé à l'intérieur d'un réacteur de fusion nucléaire tokamak.
          L'équipe de DeepMind a commencé par observer comment la modification des paramètres de chacune des bobines d'un tokamak affectait la forme du plasma à l'intérieur de la chambre. On lui a ensuite donné différentes formes à essayer de modifierr dans le plasma, et parmi celles-ci figuraient une section transversale en forme de D, proche de celle qui est utilisée à l'intérieur d'ITER. Le programme d'IA a été capable de déterminer de manière autonome comment créer ces formes en modifant les bobines magnétiques, à la fois dans la simulation et lorsque les scientifiques ont réalisé les mêmes expériences réellement dans un tokamak pour valider la simulation.

              La Chine dispose de 3 ensembles de fusion nucléaire baptisés "soleils artificiels, de types tokamak. L'un, le réacteur HL-2M (photo ci-dessous) aurait créé un plasma de 120 millions de degrés pendant 101 secondes, et aurait réussi jeudi 30 décembre 2021 à maintenir son plasma  à 70 millions de degrés Celsius pendant 17 minutes 36 secondes.

    L'industrie s'intéresse à la fusion nucléaire.

     

    Partager via Gmail

    votre commentaire
  • Le plasma de fusion nucléaire à 100 millions de degrés.

    Le point sur ITER, réacteur à fusion nucléaire.

             J'avais fait, le 18 mai 2019 un article sur les principes de l'énergie thermonucléaire, et le principe de réacteurs "tokamak" et le 19 mai sur le projet de réacteur ITER, étudié à Cadarache par un consortium international. J'avais refait le point sur ITER dans un article du 7 août 2020. Je vous renvoie à ces trois articles pour plus de détails.

             Je voudrais résumer aujourd'hui l'avancement de cette étude, avant d'examiner demain un fait nouveau : l'industrie s'intéresse à l'énergie thermonucléaire.

             La crise actuelle de l'énergie nous montre que, si nous voulons sssauver le climat, tout en ayant assez d'énergie, et donc supprimer les énergies carbonées, les énergies intermittentes (éolien et solaire) ne permettront jamais d'atteindre ce but (mais seulement environ 30 à 40%  de l'énergie électrique nécessaire) et que seules les énergie nucléaires à fission, puis à fusion, (qui sont aussi renouvelables) permettront d'atteindre nos objectifs.
             Les centrales actuelles utilisent la fission, c'est à dire la désintégration d'atomes lourds, comme l'uranium, le plutonium ou le thorium, en atomes plus légers, ce qui dégage une énergie considérable, que l'on utilise pour produire de la vapeur, convertible en électricité dans des ensembles turbines-alternateurs.
             Les produits de fission ont l'inconvénient d'être radioactifs et donc de produire des déchets à long terme dangereux qu'il faut stocker. mais en fait, ils sont beaucoup moins dangereux et surtout en quantité des dizaines de milliers de fois moindre que dans l'industrie chimique, et on sait parfaitement maîtriser leur stockage. Ils pourront être "brûlés" dans les réacteurs de 4ème génération.
             Il faut aussi en cs d'incident grave, pouvoir continuer à refroidir un "cœur" arrêté qui continue à chauffer foartement (en raison de la radioactivité des produits de fission).
             Les accidents de Tchernobyl et de Fukushima ont fait peur aux populations. On a oublié de leur dire qu'à Tchernobyl, l'accident était dû à des manipulations irresponsables en court-circuitant les sécurités de réacteurs vieux et de modèle peu stable, qui en sont plus utilisés. Puis d'énormes erreurs ont été faites dans le traitement de l'accident, qui ont entraîné plusieurs centaines de morts (la plupart à long terme dus à des cancers de la thyroïde). Un tel accident n'aurait jamais eu lieu si les personnels responsables avaient été compétents et responsables.
             Un énorme Tsunami a entraîné la destruction des réacteurs de Fukushima et notamment du circuit de refroidissement des cœurs. Mais l'accident n'a fait que 2 morts (par imprudence), alors que le tsunami a tué plus de 22 000 personnes.
            En fait les réacteurs nucléaires sont bien plus sûrs que les usines chimiques "Sévéso" et je préférerais cent fois habiter à coté d'un réacteur plutôt que au voisinage d'une telle usine. L'avantage du nucléaire est que l'on peut en permanence mesurer le danger.

             Dans la fusion nucléaire, ce sont au contraire des atomes légers que l'on utilise (en général des isotopes de l'hydrogène (deutérium 2D ou tritium 3T) ou du Lithium qui peut produire du tritium sur place, sous l'effet de neutrons. Leur "fusion produit de l'Hélium (He), mais la réaction ne peut se produire que dans un plasma d'atomes ionisés à plusieurs centaines de millions de degrés. Ce plasma à pression très élevée, tend à se dilater et le problème est de le maintenir dans l'enceinte de fonctionnement.
           Par contre si le plasma descend au dessous des seuils critiques de température et de densité, la réaction nucléaire s'arrête d'elle même et donc ce réacteur est très sûr. Par ailleurs il n'y a pas de déchet radioactif si ce n'est que les matériaux proches du réacteur  peuvent être rendus radioactifs sous l'effet des neutrons, mais ce phénomène peut être plus facilement maîtrisé.

           Pour contenir le plasma dans l'enceinte des réacteurs conçus actuellement, on utilise des champs magnétiques très intenses, qui vont confiner et faire éviter le plasma? mais les durées de ce confinement étaient très faibles et il était difficile d'extraire de l'énergie.
    problème est de le maintenir dans l'enceinte de fonctionnement.
             Pour créer des champs sufissaments importants, certaines bobines doivent être refroidies à des températures proches du zéro absolu pour rendre des matériaux supra-conducteurs , ce qui permet de transporter localement d'énormes courants.
             Divers prototypes de petite dimensions appelés Tokamak avaient été réalisés, à l'origine en Russie, avant l'éclosion du projet international ITER, qui a vu le jour en 1988.
             Le problème d'ITER était de faire des incursions de durée suffisante pour que l'on puisse extraire plus d'énergie que l'on n'en a rentré pour créer-éer le plasma et la fusion.
             Le site de Cadarache a été retenue en 2005.  Environ 500 entreprises sont engagées dans ce projet..
             La construction du bâtiment du réacteur (voir schéma ci dessous), a commencé en 2013. La structure de béton est terminée et les systèmes cryonéniques et électriques sont en place.L'assemblage de la machine centrale a débuté.
    Le point sur ITER, réacteur à fusion nucléaire.

             Un premier problème est la mise en place de tous les solénoïdes qui vont créer les champ magnétiques..
             Le chauffage à plus d'un million de degrés est aussi très complexe : le courant des solénoïde y contribue par effet joule. Des ondes de fréquence qautour de 50 mégahertz forment une espèce de four à micro-ondes. On injecte des atomes de deutérium à très haute énergie qui en cèdent une partie au plasma. Un dispositif émet des ondes de 173 Gtgaherz qui excitent les électrons du plasma, les accélèrent ce qui crée de la chaleur, mais stabilise aussi le plasma.
             Un dernier problème se posera. La production de tritium est coûteuse, et on projette de garnir les parois de la chambre de confinement en lithium, on espère produire sur place le tritium, sous l'effet des neutrons.

    Le point sur ITER, réacteur à fusion nucléaire.       

             L'épidémie de corona a retard le projet. Le premier plasma est prévu pour 2025.
    Le rôle d'ITER est un objectif de recherche, de résoudre les nombreux problèmes que posent tous les systèmes nécessaires au réacteur pour qu'il puisse fonctionner et jouer son rôle d'extraction d'énergie du cœur.. 
            Un deuxième réacteur DEMO devrait alors comporter un système de récupération d l'énergie  et montrer qu'on peut produire de l'énergie électrique. en 2050.
     Mais je montrerai demain que l'intervention progressive de l'industrie va peut être accélérer les calendriers.

     

    Partager via Gmail

    votre commentaire
  •           

                Au cours des prochaines décennies les besoins en énergie, notamment électrique augmenteront car les combustibles carbonés (charbon, gaz, pétrole) disparaitront peu à peu, et tous les moyens devront être utilisés pour réduire les émissions à effet de serre.
               Toutes les sources d’énergie devront être mises à contribution pour répondre à la situation et l'énergie nucléaire, aux côtés des énergies intermittentes, est susceptible de jouer un rôle fondamental dans le mix énergétique de l'avenir. car il ne produit pratiquement pas de gaz à effet de serre et permet d’assurer une production d’électricité massive et régulière, à un coût raisonnable, et sans problèmes de stockage et de raccordement aux réseaux. 
                La sureté des réacteurs est très bonne à l'occident où aucun accident n'a été déploré depuis 70 ans, et les inconvénients du nucléaire sont la limitation des combustibles d'uranium 235 et la production de déchets à long terme, problèmes que peut résoudre la future génération de réacteurs.
                 En effet les nouveaux réacteurs à neutrons rapides permettent de transformer l'uranium 238 en matière fissile et d'avoir ainsi des réserves de combustibles pour des milliers d'années et de rendre fissile les déchets à long terme et donc de les faire disparaitre en les utilisant comme combustibles. 
                     En 2000, le Forum international Génération IV  est né de la volonté de créer un cadre  international de recherches et développements sur le nucléaire du futur, et de faire émerger plus rapidement les technologies les plus performantes à maîtriser.

                    Douze pays (Afrique du Sud, Argentine, Brésil, Canada, Chine, Corée du Sud, États-Unis, France, Japon, Royaume-Uni, Russie, Suisse) et Euratom ont donc fait le choix d'adhérer à ce forum et de mettre ainsi en commun leurs efforts pour développer une nouvelle génération de systèmes nucléaires, la "génération 4".              

                    En 2002, six technologies ont été retenues par les membres du Forum
    Elles apportent toutes des avancées notables en matière de développement énergétique durable, de compétitivité économique, de sûreté et de fiabilité, de résistance à la prolifération et aux agressions externes et 3 des 6 systèmes retenus au sein du forum sont des réacteurs à neutrons rapides.

                   Ces choix sont illustrés dans le tableau ci dessous.

    Les réacteurs nucléaires de 4ème génération dans le monde.

     Réacteur à neutrons rapides et caloporteur sodium fondu (RNR-Na ou SFR en anglais)

                 Ce sont des réacteurs analogues à Superphénix (voir mon article d'hier)
    Le combustible est un mélange d'uranium et de plutonium (MOX) et éventuellement avec des déchets actinides à éliminer en les rendant fissibles et en les "brûlant" ensuite.
                 Une quinzaine de réacteurs de ce type ont été construits dans le monde. Fin 2018 seuls les BN 600 et BN800 russes et le CEFR chinois restent opérationnels, mais des réacteurs sont en construction en Inde et en Chine.      

    Réacteur à neutrons rapides et caloporteur plomb fondu (RNR-Pb ou LFR)

                C'est un mélange plomb-bismuth, relativement transparent aux neutrons rapides qui remplace le sodium et sort à une température entre 550 et 800 d°C.
     L'avantage est la compatibilité avec l'eau et l'air qui élimine les dangers du sodium et la circulation dans le cœur se fait par convection naturelle, ce qui simplifie considérablement l'extraction de chaleur.
                Un prototype de 300 MW  Brest300 est en construction, en Russie. 

    Réacteur à neutrons rapides à caloporteur gaz RNR-gaz (GFR en anglais)

                 Les études concernent différentes configurations de combustible, avec une éventuelle incorporation de céramique pour résister aux hautes températures.
                Le caloporteur est de l'hélium et la sortie du cœur est à 800 d°C.
                Une application possible serait la production d'hydrogène en grande quantité par décomposition chimique de l'eau, (et non électrolyse, ce qui devrait être meilleur marché.).

    Réacteurs nucléaires à sels fondus (RSF, en anglais MSR).

             
     Il utilise des sels fluorés à 600/800 d°C, dans lesquels est dissous le combustible, contenus dans une cuve métallique en inox.
               Il peut être peut être à neutrons rapides ou thermiques avec un modérateur de graphite (qui est inerte vis à vis des sels fluorés), percé de gaines dans lesquelles circule le mélange liquide sel/combustible.
               C'est un réacteur très sûr car d'une part il n'y a plus de risque de fusion des barreaux de combustible, et d'autre part la dynamique du système est lente de telle sorte que le danger d'excursions de puissance est très faible. Ils fonctionnent à faible pression, cequilimite les fuites de canalisations. D'autre part la quantité de combustible à utiliser pour une puissance donnée est plus faible. L'inconvénient est la quantité de graphique contaminée en fin de vie du réacteur.
              Des études ont été menées principalement aux USA, et en particulier la conversion du Thorium, (très abondant dans les océans mais à concentration très faible), en Uranium 233 qui est fissile et produit peu de déchets à vie longue. Un réacteur de 8MW a été construit.
              La Chine vient d’achever la construction de son premier réacteur nucléaire au thorium liquide et à sels fondus, qui devrait être commercialisée dès 2030. Utiliser cette ressource naturelle , qui est abondante dans des roches en Chine, permettrait aux Chinois de prendre leur indépendance vis-à-vis de l’uranium et des pays qui l’importent.
              Toutefois le thorium n'est pas fissile et il faut le transformer dans un réacteur en Uranium 233 fissile. Toutefois cet élément produit ensuite de l'uranium 232 qui est très radioactif exil est possible que les manipulations dans de tels réacteurs, ne soient pas évidentes.

     

    Réacteur à eau supercritique (RESC)

               Le concept de réacteur à eau supercritique est une tentative de reprendre les meilleures caractéristiques des réacteurs actuels à eau pressurisée ou bouillante.. C'est un réacteur à eau légère dont le caloporteur/modérateur est de l'eau supercritique (c'est çà dire dans un état à la fois gazeux et liquide à une température supérieure à 374 °C et sous une pression supérieure à 221 bar) à une température et à une pression de fonctionnement supérieures à celles des réacteurs actuels. Le rendement augmenterait d'environ 30%.
                La construction d'un tel réacteur débuterait en Chine.

    Réacteurs à très haute température

                Dans le cadre du Forum International Génération IV sont poursuivies des études sur les réacteurs à haute température refroidis au gaz (hélium) et capables de fonctionner à plus de 750°C, voire au-delà de 1000°C grâce à l’utilisation de matériaux réfractaires dans le cœur (graphite, pyro-carbone, carbure de silicium) et de super-alliages à base nickel, voire des céramiques dans les échangeurs de chaleur.
                Ces réacteurs ne sont pas des réacteurs à neutrons rapides, mais des réacteurs classiques thermiques modérés au graphite.

                En plus de leur capacité à produire de l’électricité (avec un rendement de conversion d’au moins 45%), ces réacteurs élargissent le champ d’application de l’énergie nucléaire à des fournitures énergétiques multiples pour l’industrie (électricité, chaleur à haute température, vapeur, hydrogène…), en particulier pour la production de carburants de synthèse à partir de charbon, de biomasse, de déchets carbonés, voire de CO2 recyclé. Ils peuvent compléter utilement les réacteurs à neutrons rapides au sein d’ un système de production d'énergie décarbonée destinée à remplacer autant que possible le charbon et le pétrole. Ces réacteurs pourraient être déployés à partir de 2050 si certaines applications ouvrent des perspectives de marché suffisantes. 

    Conclusion :

              Comme on peut le constater, les réacteurs nucléaires de 4ème génération seront les réacteurs du futur au delà de 2050.
               Alors que la France avait dans le domaine des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium fondu une avance technologique importante, du fait des ambitions électorales de nos gouvernants pour capter les voix des écologistes, et de leur ignorance en matière technique, et de l'abandon de tous nosnous sommes maintenant hors course et nous devrons acheter les futurs réacteurs à l'étranger.
              Toutefois il est difficile de trouver des renseignements précis sur l'état d'avancement des réalisations. On a l'impression que le Forum génération 4 ne s'occupe que des recherches et développements et que les réalisations sont ensuite propres à chaque pays. Par ailleurs la Chine semble être le pays le plus actif dans ce 
    domainede construction de nouveaux réacteurs.

    Partager via Gmail

    votre commentaire
  • D'abord une petite précision technique : qu'est ce qu'on réacteur nucléaire à neutrons rapides.?
                  Dans les réacteurs actuels de 3ème génération, les neutrons rapides produits par la fission sont ralentis car ce sont les neutrons thermiques qui engendrent d'autres fissions dans l'uranium 235, et le problème est donc de contrôler leur nombre grâce aux barres de contrôles qui permettent de piloter le réacteur. Le modérateur qui ralentit les neutrons autour du cœur, est du graphite, de l'eau pressurisée ion bouillante ou de l'eau lourde.
                Une autre solution est de ne pas incorporer de modérateur et d'utiliser des neutrons très rapides, dont l'énergie cinétique est élevée, qui ont l'avantage de faire fissionner tous les noyaux lourds et non les seuls matériaux fissiles comme l'Uranium 235. Ils limitent également les captures ne donnant pas lieu à une nouvelle fission, ce qui tend à améliorer l'efficacité du réacteur.
                Mais le taux de fuite des neutrons rapides hors du cœur, qui sont donc perdus pour le réacteur, est plus élevé et la probabilité de fission par neutrons rapides plus faible que dans un réacteur à neutrons thermiques.. Il est donc nécessaire d'avoir un cœur plus enrichi en matière fissile et éventuellement d'entourer le cœur de réflecteurs permettant de renvoyer une partie des neutrons rapides de fuite vers le cœur.
                 Par ailleurs, des matières fertiles mais non fissiles, peuvent être disposés en périphérie du cœur, de telle sorte que les neutrons rapides de fuite, les transforment en matière fissile C'est le principe de la "surgénération" : récupérer les neutrons sortants pour transmuter une mati§re fertile mais non fissile (et donc àpriori inutilisable) en une matière fissile.
                  On peut en particulier transformer de l'uranium 238 en plutonium, qui peut être utilisé comme combustible. Mais on peut aussi transformer une partie des déchets actuels  en matière fissile, et donc les "bruler" ensuite comme combustible, ce qui éviterait un stockage à long terme.

                   Compte tenu de ces données, les réacteurs à neutrons rapides représentent une énergie renouvelable (rien que la transformation en plutonium donne du combustible pour des milliers d'années), et sont plus propres, ne produisant plus de déchets à long terme.

    Le fluide caloporteur "sodium liquide" :
                 Il n'y a plus de modérateur, mais il faut toujours transporter la chaleur produite par le cœur vers l'échangeur qui permettra de produire la vapeur qui alimentera les turbines.
                 Au début des études, tous les réacteurs à neutrons rapides sont conçus avec, comme caloporteur, du sodium (Na) liquide. Bien qu'inflammable au contact de l'air, corrosif et réagissant de façon explosive au contact de l'eau, le sodium est privilégié pour les raisons suivantes :
                         • à la différence de l'eau, il freine peu les neutrons et les capture peu.
                          • il a une capacité calorifique massique et une conductivité thermique beaucoup plus importantes que l'eau.
                          • il a unpoint de fusion bas (97,80 °C).
                 Pour éviter l'inflammation au contact de l'air, on surveille les risques de fissure, on détecte toute fuite de sodium et on enferme les canalisations dans des gaines remplies d'azote.
                 Pour éviter une explosion au contact de l'eau, on utilise un circuit supplémentaire entre le circuit primaire du sodium, (qui est aussi au sodium, mais hors du cœur), et le circuit eau/vapeur des turbines.

    Les réacteurs nucléaires de 4ème génération.

    Rapsody, Phénix et SuperPhénix :

               La France a été une pionnière en matière de réacteur à neutrons rapides à refroidissement au sodium avec vingt ans d'avance.

                Rapsodie est le premier réacteur nucléaire expérimental français de cette filière, conçu à la fin 1957 par le département des études de pile du CEA/Cadarache.  Il a fonctionné de 1967 à 1978 et son arrêt définitif date d'avril 1983. Sa puissance maximale n'était que de 40 MW, mais son intérêt aura été de premier prototype pour montrer la faisabilité de la filière et de faire une première étude sur la transmutation en plutonium et celle des déchets nucléaires. Il est en cours de démantèlement.

                 Phénix succèdera à Rapsody. C'est le second prototype; d'une puissance de 563 MW, qui a fonctionné de 1973 à 2010 sur le site de Marcoule du CEA, couplé à un générateur électrique de 250 Mw. La vocation du réacteur Phénix était initialement de montrer la faisabilité de la fourniture d'électricité, mais elle a été étendue à l’étude de la transmutation des déchets radioactifs vie longue.
               
     L'installation fut exploitée pendant 36 ans par une association entre le CEA(80%) et EDF (20%), s avec quelques arrêts dus à des incidents du circuit de refroidissement au sodium, et une révision pour augmenter la sécurité de 1994 à 1997

                    Au cours de ses 36 années de fonctionnement, le réacteur a produit 24,44 milliards de kilowatts-heures, délivrés au réseau EDF, soit environ la consommation annuelle d’électricité du Gard.

     Les réacteurs nucléaires de 4ème génération. Primauté initiale de la France                 Phénix a été remplacé par Superphénix.  qui a fonctionné dans la centrale nucléaire de Crey-Malville, en bordure du Rhône à 30 km en amont de la centrale de Bugey.
    La conception de Superphénix a été faite par le CEA et construit parla société française Novatom. Il produisait 3000MW thermiques et 1240 MW électriques
                       Il a divergé en 1985. Plusieurs incidents ont eu lieu sur les circuits de refroidissement au sodium, en 1987 et 1990, ainsi qe l'effondrement de la toiture de la salle des turbines (hors réacteur) sous le poids de la neige.
                        Superphénix a produit de l'électricité, a contribué aà la mise au point des circuits de sodium et a fait avancer les études de transformation des déchets.
                         Mais il a suscité aussi beaucoup de manifestations contre lui, des écologistes.
                          Afin de gagner des voix écologistes, île 19 juin 1997, Lionel Jospin, PremierMinistre, annonce que Superphénix sera abandonné. Le démantèlement sera entrepris en 2015.
                          Faisant ainsi passer les intérêts politiques et électoraux avant les intérêts économiques et industriels de la Nation, le gouvernement en arr^tant <>Superphénix définitivement a fait une ânerie monumentale.
    Aloes que la France avait une quinzaine d'années d'avance en matière de surgénérateur, cette décision va entrainer la destruction des équipes d'étude du CEA et d'EDF et des équipes industrielles qui l'assistaient. Tout l'acquit technique sera perdu.

    Les réacteurs nucléaires de 4ème génération. Primauté initiale de la France

    Le réacteur Astrid

                Les équipes du CEA se sont cependant reconstituées et ont étudié un réacteur de 4ème génération à neutrons rapides et refroidi au sodium liquide ASTRID ( Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) de 600MW électriques.
                 Son objectif était de mettre au point la construction de réacteurs permettant la transformation d'U235 en PU, qui rend l'énergie nucléairerénouvelable, et d'éliminer par transmutation en matière fissile les déchets à long terme actinides, qu'il faut actuellement stocker.
               Le coût du projet était-ce 5 milliards d'euros et il devait être construit sur le site de Marcoule.
               De très nombreux accords avaient été signés en 2012 avec des industriels et même un accord de coopération avec le Japon en 2014.
               Mais le projet suscitait beaucoup de critiques des écologistes dont les voix sont précieuses dans une élection et il a été demandé au CEA de réduire le projet à une puissance d'une centaine de MW et en 2018, le Japon se retire du projet.

                En août 2019  le projet, qui a coûté 738 millions d'euros, est au moins provisoirement abandonné et reporté « à la deuxième moitié du siècle », actant ainsi le gâchis de soixante-dix années d'investissement de la France en matière de réacteurs nucléaires à neutrons rapides, 

     

    Partager via Gmail

    votre commentaire
  • Les divers réacteurs nucléaires de génération I à III.

                Je voulais faire un article sur les futurs réacteurs nucléaires e 4ème génération, mais je m'aperçois, après en avoir parlé avec quelques personnes, que l'on ne connait pas ce que sont les 3 premières générations. Je vais donc commencer par cela.
                Je rappelle (voir mon article du 15/7/2018), que tous les réacteurs ont actuellement un combustible (qui est de l'uranium enrichi ou du plutonium et un mélange des deux dans la combustible MOX), un ralentisseur de neutrons rapides parce que seuls les neutrons lents engendrent la fission (on l'appelle un modérateur), et enfin un fluide caloporteur qui va emmener la chaleur pour en faire de la vapeur et faire tourner des turbines accouplées à des alternateurs de production d’électricité. (en général, pour éviter la contamination par les produits de fission lors d'une fuite accidentelle un premier fluide  emmène la chaleur produite par le cœur dans le circuit primaire d'un échangeur où, dans un circuit secondaire, de l'eau est transformée en vapeur pour alimenter les turbines).

               Les réacteurs de la génération I sont des précurseurs. construits avant 1970 :
                   • La Grande Bretagne a fabriqué 29 réacteurs modéré au graphite et refroidis au dioxyde de Carbone et dont le combustible était de l'uranium métallique non-enrichi. Leur puissance a été croissante : 50, puis 120/150, autour de 200 et 490. Ils ont été arrêtés entre 1987 et 2015.
                   • La France a également construit de tels réacteurs, mais ils ont été utilisés pour produire du plutonium nucléaire et la filière n'a pas été conservée parce pas assez sûre.
                   • Des réacteurs utilisant l'uranium naturel, l'eau lourde (D20) comme modérateur et du CO2 comme refroidisseur. La France en a construit trois, notamment la célèbre Zoé à Chatillon. Elle a également construit un réacteur où l'eau lourde est à la fois modérateur et refroidisseur.
                    • Les USA ont construits environ une centaine de réacteurs de type divers (dont certains à des fins militaire). L'important est la mise au point des types de réacteurs utilisant comme modérateur de l'eau bouillante ou pressurisée, qui seront les réacteurs les plus sûrs de la génération II. La France construira, à parties brevets de la société Westnghouse le réacteur Chooz A, préside la frontière belge qui sera le prototype de la filière française et fonctionnera jusqu'en 1991.

               Les réacteurs de la génération II sont les réacteurs industriels construits entre 1970 et 1998 et actuellement en service; ils sont en majorité de la filière à eau pressurisée comme modérateur et fluide caloporteur.
               
    Mais il ya eu d'autres types de réacteurs construits : outre une filière spécifique du Canada à uranium naturel et eau lourde, on peut ramener ces filières à trois types :
                      - celui où le modérateur est du graphite et le fluide caloporteur de l’eau bouillante.
    Environ 3,5% des réacteurs, les réacteurs russes notamment.

              Ces réacteurs sont moins stables et plus difficiles à contrôler (le graphite est un modérateur difficile à contrôler), le circuit de refroidissement risque des fuites d'eau contaminé, coté turbines, et la filière a été abandonnée.
    Les réacteurs russes de Tchernobyl étaient de vieux réacteurs de cette filière et leur instabilité est en partie responsable de l'accident.
                        - celui où le modérateur et le caloporteur sont de l’eau bouillante.
              C’est la filière américaine et environ 23 % des réacteurs dont les réacteurs japonais.

              L’inconvénient est que l’eau bouillante de transport de la chaleur mais aussi de refroidissement du réacteur, sort de la cuve où est enfermé le coeur, pour aller dans les turbines, ce qui crée des risques de fuite d'eau contaminée, comme on l’a constaté au Japon et fait passer de l’eau éventuellement contaminée dans les turbines et leur circuit, voire à l'extérieur en cas de cataclysme, tel le tsunami.
                        - celui où le modérateur est de l’eau sous pression et le caloporteur de l’eau.          
              C’est la filière française et 67% environ des réacteurs mondiaux. Il y a un circuit dans la cuve avec un échangeur de température étanche qui transforme l’eau du circuit secondaire en vapeur, qui alimentera les turbines. Les risques de contamination et de fuite sont bien moindres.
              La filière française est donc plus sûre au plan des principes de fonctionnement.

    Les divers réacteurs nucléaires de génération I à III.

              Les réacteurs de la génération III sont les réacteurs industriels  conçus à partir des années 1990 et qui prennent donc en compte le retour d'expérience des précédentes générations (plus de 12 000 années-réacteur d'exploitation)et notamment de l'accident de Tchernobyl, et pour ceux mis en service après 2010, de l'accident de Fukushima (génération III+). Ils sont destinés à prendre le relais des réacteurs actuels de génération II, mais ne représentent qu'une évolution et non un saut technologique..
                Il existe différents types de réacteurs au sein de cette génération, les plus connus étant :
                        • l'EPR (Framatome/EDF), réacteur à eau pressurisée d’une puissance électrique de 1600 MW. Deux EPR sont en service en Chine (Taishan) et deux autres sont toujours en construction en Finlande (Olkiluoto) et en France (Flamanville). DeuxEPR doivent être construits au Rroyaume Uni.
                        • l’AP 600/1000 (Westinghouse), réacteur à eau pressurisé très compact. Des AP de 1 000 MW sont en cours de construction en Chine et aux États-Unis;
                        • l’ABWR et l’ESBWR (GE Hitachi - Toshiba), réacteurs à eau bouillante d’une puissance électrique de 1 350 MW. Les deux premiers ABWR ont été mis en service au Japon en 1996 et 1997.
                         • le VVER russe à eau pressurisée. Les premiers modèles 440/213 étaient de 2ème génération et sont en service. Un modèle VVER 1000 a étamais en service en 1980. Le VVER 1200 est le modèle évolué de génération III et un VVER 1300 TOI (optimisé) est en cours de construction.
                Des réacteurs vvER existent en Russie, en Inde, en Finlande, et sont en construction en Bulgarie, en Turquie, en IRAN, en Slovaquie, au Bangladesh et en Chine.
                        • Le premier réacteur Hualong chinois, dont la construction a commencé en mai 2015, a divergé en octobre 2020, a été connecté au réseau en novembre et a commencé son exploitation commerciale le 30 janvier 2021. à eau pressurisée, dont la construction a commencé en mai 2015, a divergé en octobre 2020, a été connecté au réseau en novembre et a commencé son exploitation commerciale le 30 janvier 2021. 7 autres réacteurs vont être construits en Chine, , 5sont prévus au Pakistan, deux en Inde et un en Argentine.

               Maintenant que vous connaissez les trois premières générations de réacteurs, je pourrai parler demain de la 4ème génératifn, qui, elle représente un saut technologique.

    Partager via Gmail

    votre commentaire


    Suivre le flux RSS des articles de cette rubrique
    Suivre le flux RSS des commentaires de cette rubrique