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

Isabelle Dumé, journaliste scientifique
Le 30 mars 2022 |
3 mins de lecture
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Nucléaire : qu’est-ce qu’un réacteur de 4ème génération ?
En bref
  • Plusieurs pays investissent dans des réacteurs nucléaires de quatrième génération.
  • L’énergie nucléaire de quatrième génération implique un système d'usines de fabrication de combustible et d’installations de retraitement qui, ensemble, permettraient de surmonter certaines des lacunes des centrales nucléaires actuelles.
  • Le plutonium se forme lorsque l’uranium-238 capture les neutrons des réactions de fission nucléaire. La plupart de ces réacteurs doivent être alimentés en uranium-235, mais la plupart des réacteurs de quatrième génération n’ont besoin que d’uranium-238 pour fonctionner.
  • La conception des réacteurs de quatrième génération intègre un certain nombre d'avancées technologiques afin de répondre aux certains critères : durabilité, sûreté nucléaire, compétitivité économique et résistance à la prolifération nucléaire.

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

Moins gourmands et réputés plus sûrs

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.

« Génération » et « technologie du réacteur »

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-238 comme seul isotope

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.

1https://www.gen‑4.org/gif/
2https://​www​.oecd​-nea​.org/​j​c​m​s​/​p​l​_​2​6​2​8​8​/​g​e​n​e​r​a​t​i​o​n​-​i​i​-​a​n​d​-​i​i​i​-​r​e​a​ctors