Nucléaire : qu’est-ce qu’un réacteur de 4ème génération ?

Plu­sieurs pays inves­tissent mas­si­ve­ment dans les réac­teurs nucléaires dits de qua­trième géné­ra­tion. Quels sont les carac­té­ris­tiques de ces nou­veaux réacteurs ?

L’éner­gie nucléaire de qua­trième géné­ra­tion (ou Géné­ra­tion IV) implique un sys­tème d’u­sines de fabri­ca­tion de com­bus­tible et d’ins­tal­la­tions de retrai­te­ment qui, ensemble, per­mettent de sur­mon­ter cer­taines des lacunes des cen­trales nucléaires actuelles. Pour être clas­sé dans la caté­go­rie Géné­ra­tion IV, un sys­tème doit répondre, ou au moins avoir la capa­ci­té de répondre, aux cri­tères sui­vants : (1) il est beau­coup plus éco­nome en com­bus­tible que les cen­trales actuelles ; (2) il est conçu de manière à ce que les acci­dents graves ne soient pas pos­sibles, c’est-à-dire qu’un dys­fonc­tion­ne­ment à l’in­té­rieur de l’ins­tal­la­tion ou un évé­ne­ment exté­rieur (tel qu’un trem­ble­ment de terre) ne devrait pas entraî­ner le rejet de matières radio­ac­tives vers l’extérieur ; (3) le sys­tème dans son ensemble est éco­no­mi­que­ment com­pé­ti­tif par rap­port à l’éner­gie nucléaire actuelle, et même par rap­port à d’autres moyens de pro­duc­tion d’éner­gie ; (4) le cycle du com­bus­tible est conçu de telle sorte que l’u­ra­nium et le plu­to­nium ne soient jamais sépa­rés (« diver­gés ») mais seule­ment pré­sents en mélange et avec d’autres élé­ments. Il est ain­si plus dif­fi­cile de fabri­quer des armes nucléaires avec ce matériau.

Dans l’in­dus­trie nucléaire, on dis­tingue le terme « géné­ra­tion » de celui de « tech­no­lo­gie du réac­teur » et une géné­ra­tion peut com­prendre plu­sieurs types de tech­no­lo­gies. Les dif­fé­rences entre les géné­ra­tions cor­res­pondent à des cri­tères d’exi­gence spé­ci­fiques à un moment don­né dans le temps. The Gene­ra­tion IV Inter­na­tio­nal Forum¹, qui se consacre à la recherche sur les réac­teurs du futur et qui a été lan­cé en 2001, a défi­ni quatre géné­ra­tions de réac­teurs à fis­sion nucléaire, cha­cune se voyant attri­buer une série d’ob­jec­tifs spé­ci­fiques. La plu­part des réac­teurs actuel­le­ment en ser­vice sont de la deuxième et de la troi­sième géné­ra­tion, mais la Chine a démar­ré avec suc­cès un pre­mier réac­teur de qua­trième géné­ra­tion avec son pro­jet de démons­tra­tion de lit de galets modu­laire refroi­di au gaz à haute tem­pé­ra­ture (high-tem­pe­ra­ture gas-cooled modu­lar pebble bed en anglais ou HTR-PM) fin décembre 2021.

En 2020, l’âge moyen du parc nucléaire mon­dial était de 30 ans, avec 25 % du parc ayant plus de 40 ans². Les exploi­tants de réac­teurs s’ef­forcent donc de pro­lon­ger leur exploi­ta­tion par des inves­tis­se­ments à long terme, en sui­vant les nou­velles normes adop­tées suite de l’ac­ci­dent de Fuku­shi­ma. Autre exi­gence pour les réac­teurs de Géné­ra­tion IV : ils doivent pro­duire plus de com­bus­tible qu’ils n’en consomment, tout en détrui­sant les radio­élé­ments à longue durée de vie créés dans le réac­teur au cours de son fonctionnement.

L’u­ra­nium uti­li­sé dans les réac­teurs nucléaires est com­po­sé de deux iso­topes : l’u­ra­nium-235, qui peut être uti­li­sé comme com­bus­tible, et l’u­ra­nium-238, qui consti­tue 99,3 % de l’u­ra­nium natu­rel et qui doit être trans­for­mé en plu­to­nium avant de pou­voir être uti­li­sé comme com­bus­tible. Le plu­to­nium se forme lorsque l’u­ra­nium-238 cap­ture les neu­trons des réac­tions de fis­sion nucléaire. La plu­part de ces réac­teurs bree­ders doivent être ali­men­tés en ura­nium-235, mais les réac­teurs de qua­trième géné­ra­tion n’ont besoin que d’u­ra­nium-238 pour fonc­tion­ner. Il existe d’é­normes réserves de cet iso­tope dans le monde, car il a été mis de côté au fil des ans en tant que sous-pro­duit du pro­ces­sus d’en­ri­chis­se­ment de l’u­ra­nium-235 aux concen­tra­tions requises pour les réac­teurs actuels. Et même si la pro­duc­tion d’éner­gie nucléaire devait aug­men­ter de manière signi­fi­ca­tive, il ne serait pas néces­saire d’ex­traire de l’u­ra­nium sup­plé­men­taire avant fort long­temps. S’il devait res­ter au niveau actuel, l’u­ra­nium extrait que nous pos­sé­dons déjà suf­fi­rait à faire fonc­tion­ner les réac­teurs pen­dant plu­sieurs mil­liers d’années.

Comme pour les réac­teurs de géné­ra­tion II et III, les pro­duits de fis­sion non-réuti­li­sables, ou déchets, des réac­teurs de géné­ra­tion IV devront éga­le­ment être éli­mi­nés de manière sûre et sto­ckés de manière per­ma­nente. Il en va de même pour les déchets qui résul­te­ront du déman­tè­le­ment de ces réac­teurs en fin de vie. Un cer­tain nombre de pays ont inves­ti beau­coup d’argent dans le déve­lop­pe­ment de réac­teurs de qua­trième géné­ra­tion. Alors que l’Eu­rope a pris du retard par rap­port à la Rus­sie, la Chine, le Japon et l’Inde, la France a repris le rythme de ses inves­tis­se­ments – notam­ment avec l’an­nonce récente du gou­ver­ne­ment de construire des réac­teurs nucléaires de nou­velle géné­ra­tion (voir Enca­dré 1). Le prin­ci­pal objec­tif aujourd’­hui dans ce contexte : conce­voir des réac­teurs capables de détruire les radio­élé­ments à longue durée de vie pré­sents dans le com­bus­tible usé tout en pro­dui­sant du com­bus­tible neuf.