Energie nucléaire T19 On va examiner l’état de l’énergie nucléaire, qui n’était jusqu’à présent qu’un élément de comparaison. Les centrales nucléaires.

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1 Energie nucléaire T19 On va examiner l’état de l’énergie nucléaire, qui n’était jusqu’à présent qu’un élément de comparaison. Les centrales nucléaires se différencient des centrales thermiques classiques essentiellement par sa source de chaleur. A la place d’un bruleur à combustible on utilise un réacteur nucléaire dans lequel se produit la réaction de fission.

2 1. INTRODUCTION La production mondiale d’électricité dans le monde par le nucléaire est de 16 %. La principale source d’énergie électrique dans le monde reste le thermique à flamme, ce qui est mauvais pour l’atmosphère (émissions de CO2). Le 16 mai 2007, 437 réacteurs nucléaires sont en fonctionnement dans le monde. Trente centrales sont en cours de construction, soit un gain de 6 %. Le nucléaire est une énergie en développement dans le monde, tout particulièrement en Asie.

3 2.HISTOIRE Le 27 juin 1954, la première centrale nucléaire civile fut connectée au réseau électrique à Obninsk en Union soviétique, avec une puissance de production électrique de 5 Mégawatts. En 1956, plusieurs centrales nucléaires furent aménagées en France, en Angleterre et aux États-Unis. La puissance nucléaire mondiale a augmenté rapidement au fil des années, s’élevant à plus de 1 Gigawatt (GW) en Dès 1970 elle atteint les 100 GW et à la fin des années 1980, les 300 GW.

4 En 2011 estimé de 2 518 TWh oit 13,5 % du total.
A nos jours, elle est estimé à 13 % de la production mondiale d'électricité En 2011 estimé de TWh oit 13,5 % du total. 436 réacteurs nucléaires  en fonctionnement

5 3.URANIUM A l'état pur, l'uranium solide est un métal radioactif gris et blanc (voire argenté) qui rappelle la couleur du nickel. Il est dur et très dense. De plus, l'uranium est l'atome le plus lourd (qui contient le plus de nucléons) présent naturellement sur la Terre. Après son extraction, le minerai d’uranium est broyé, traité, affiné et dans certain cas, enrichi avant de servir à la fabrication de combustible nucléaire. L’exploitation de l’uranium comporte certains atouts, comme les revenus de l’exportation et la création d’emplois. Cependant, les effets négatifs de l’exploitation sur l’environnement, l’économie et la santé l’emportent sur ses avantages. L’uranium est dangereux, lorsqu’il se désintègre, il émet de l’énergie et se transforme en substances diverses qui se désintègrent à leur tour en produisant de l’énergie radioactive. Ces matières émettent des radiations de faible intensité capables de pénétrer les cellules et de modifier les molécules nécessaires à un fonctionnement normal. C'est ce qui pose le risque le plus important pour la santé.

6 4.Fission nucléaire La principe de la fission :
Une centrale nucléaire est avant tout une centrale thermique. Il s'agit de transformer une énergie calorifique (chaleur) libérée par le combustible (uranium enrichi) en énergie mécanique (mise en mouvement d'une turbine), puis en énergie électrique (grâce à un alternateur). Dans une centrale thermique classique, la chaleur provient de la combustion du charbon ou du fioul. Dans une centrale nucléaire, elle provient de la fission de l'uranium. La principe de la fission : Un noyau d'uranium 235 est bombardé par un neutron. Ce choc va rendre le noyau d'U 235 instable qui va se rompre en deux nouveaux noyaux : c'est la fission. Cette réaction libère beaucoup d'énergie sous forme de chaleur. De nouveaux éléments apparaissent, on les appelle "produit de fission". En plus de ces éléments, des neutrons sont libérés.

7 Les neutrons libérés vont pour la plupart aller frapper d'autres noyaux d'uranium qui, à leur tour, vont se rompre en libérant d'autres neutrons : c'est la réaction en chaîne.

8 Les neutrons émis peuvent provoquer d’autres fissions
La fission xénon 140 strontium 93 uranium 235 neutrons neutron T20 Ce sont seulement les noyaux très lourds, comme l’uranium ou le thorium, qui fissionnent. Ils se cassent alors en 2 morceaux en laissant échapper des neutrons. Même quand la fission est énergétiquement avantageuse, elle est rarement spontanée. Cependant, pour les noyaux facilement fissionnables, il suffit d’un petit apport d’énergie, par choc avec un neutron par exemple, pour déclencher la fission. La chaleur dégagée va permettre de chauffer une masse d’eau et la transformer en vapeur qui va faire tourner la turbine comme dans les autres centrales thermiques. Une réaction de fission produit en moyenne 3 neutrons susceptibles à leur tour d’engendrer une autre fission. On a alors une réaction en chaine qui peut provoquer une explosion. C’est le cas des armes nucléairesIl faut donc controler cette réaction par des mangeur de neutron (neutrophages) Les neutrons émis peuvent provoquer d’autres fissions  réaction en chaîne

9 Processus de réaction en chaîne
© IN2P3 Les neutrons émis peuvent provoquer d’autres fissions… T21 Les neutrons émis au moment de la fission peuvent eux-mêmes provoquer d’autres fissions, créant ainsi une réaction en chaîne qui peut devenir explosive C’est le cas dans les armes nucléaires. © IN2P3

10 Contrôle des réactions en chaîne
1,3 GW © LA MEDIATHEQUE EDF/M Morceau La fission peut être contrôlée grâce à des matériaux mangeurs de neutrons T22 Pour contrôler la réaction en chaîne dans un réacteur destiné à produire de l’énergie électrique, on introduit des barres de contrôle faites d’un matériau “mangeur de neutrons”, tel que le cadmium qui absorbe les neutrons sans en réemettre. Pour que la réaction en chaîne se poursuive en douceur, il faut ajuster les mangeurs de neutrons pour ne laisser qu’un neutron par fission (régime critique). Avec moins d’un neutron, la réaction en chaîne s’éteint. Avec plus d’un neutron, la réaction peut devenir explosive. La centrale électrique de Paluel en Haute Normandie. Filière REP (Réacteurs a Eau Pressurisée) Chaque tranche fournit 1,3 millions de kilowatts électriques © LA MEDIATHEQUE EDF/Marc Morceau (1990)

11 Une centrale, comment ça marche?

12 B/ Fonctionnement L’uranium est enfermé à l’intérieur de gaines métalliques étanches. C’est dans ces gaines que se produit la fission d’uranium. L'eau dans le coeur se réchauffe au contact de ces éléments combustibles. Cette eau, à la sortie de la cuve, cède sa chaleur à l'eau d'un second circuit, par l'intermédiaire d'un générateur de vapeur. Une fois refroidie, elle retourne dans le coeur à l'aide d'une pompe. Cette eau est chauffée à 320°C et est maintenue à une pression de 155 atmosphères afin de rester à l'état liquide. Dans le générateur de vapeur, l'eau du circuit secondaire se transforme en vapeur au contact des tubes parcourus par l'eau à 320° du circuit primaire. Cette vapeur fait tourner une turbine qui entraîne un alternateur. A la sortie de la turbine, la vapeur se transforme en eau dans le condenseur, avant d'être renvoyée au générateur de vapeur. De l'eau en provenance de l'aéroréfrigérant traverse le condenseur par des milliers de tubes. La vapeur en provenance de la turbine se condense au contact de ces tubes froids. L'eau contenue dans ces tubes va se réchauffer d'une dizaine de degrés : cette eau tiède (30-35°) est refroidie par le courant d'air dans l'aéroréfrigérant avant de repartir vers les tubes du condenseur. Un panache de vapeur d'eau générée par la différence de température entre l'air et l'eau s'échappe de la tour de refroidissement.

13 L’ Energie Nucléaire : les problèmes
Rendements (33%) monter les températures Sûreté barrière de confinement, système de contrôle de la vitesse de réaction, système de refroidissement d’urgence multiplier les protections Réserves Au régime actuel : 200 ans de réserves U Si la consommation est multipliée par 10 : 40 ans de réserves !! (situation comparable à celle du pétrole) Déchets radioactifs Problème spécifique aux centrales nucléaires Stocker les déchets, en produire, les détruire ? T24 Les problèmes des réacteurs nucléaires actuels (à fission) sont liés à la sûreté, aux réserves et aux déchets Sureté Des améliorations ont été apportées depuis des accidents rencontrés. Mais il faut encore faire mieux . Il faut s’affranchir d’une action de l’opérateur en cas d’incident. La machine doit etre capable de s’arréter toute seule. Réserves L’eau de mer contient 4 milliards de t d’U avec une concentration de 3,2 parties par milliard. Possibilité d’extraction pour un prix 10 fois plus élevé que maintenant. Mine d'uranium dans le parc national de Kakadu, territoire du Nord, Australie, Yann Arthus Bertrand Il faudra sans doute recourir à des réacteurs régénérateurs ou surgénérateurs qui produisent plus de matière fissiles qu’ils n’en consomment Le problèmes des déchets radioactifs est spécifique aux centrales nucléaire. Dans le cas d’une augmentation de la production d’énergie nucléaire la solution de l’enfouissement n’est pas acceptable. Le retraitement et l’incinération (transmutation) des déchets parait incontournable. Moins de déchets car mise sur le retraitement : transmutation des produits de fission. Alors retraitement à 99%. On verra le cycle du combustible plus loin La transmutation décrit le processus par lequel le noyau d'un atome radioactif subit une désintégration qui produit un atome et un nombre différent de protons, et cela jusqu'à ce qu'on aboutisse à un noyau stable. La transmutation est induite par des neutrons.

14 Energie nucléaire : les déchets
3 types de déchets : Déchets de haute radiotoxicité Demi-vie jusqu’à ans !! (plutonium) En 40 ans, volume~3 piscines olympiques (7400m3) Produits de fission à vie longue Demi-vie de plus de 1000 ans Produits de fission à vie moyenne Stockage pendant 300 ans Stockage Incinération T25 Que fait-on des déchets qui ne sont pas retraités? Incinération : par fission. 280 kg de Pu et d’actinides mineurs produiraient alors 2TWh d’énergie électrique. Enfouissement OK à court terme si la proportion du nucléaire n’augmente pas trop. Sinon PROBLEME!!

15 Stockage des déchets peu radioactifs
Les déchets sont mis dans des fûts métalliques © ANDRA En fin de remplissage, le site est fermé © ANDRA Les fûts sont enfermés dans du béton © ANDRA T26 Phase 1 au centre de l’Aube © ANDRA Phase 2 au Centre de la Manche avant sa fermeture © ANDRA Phase 3 au Centre de la Manche maintenant fermé © ANDRA les déchets de faible et moyenne radioactivité sont placés dans des fûts métalliques ( Les fûts sont disposés de manière à former des couches isolées les unes des autres par du béton.

16 Stockage des déchets très radioactifs
puis stockés dans des entrepôts refroidis © Philippe Lesage/COGEMA © CEA T27 Les déchets sont vitrifiés dans l’usin de La Hague : © CEA Ils sont ensuite placés dans des cellules de refroidissement car la radioacivité des déchets vitrifiés produit des quantités importantes de chaleur : © Philippe Lesage/COGEMA Les déchets sont vitrifiés et coulés dans des containers métalliques

17 Le nucléaire du futur : la 4ème génération ?
Qu’est ce que c’est ? 6 axes de recherche pour répondre à un cahier des charges T29 Des progrès sont possibles grâce aux recherches dans les domaines des réacteurs à neutrons rapides et des réacteurs assistés par accélérateur. On a vu que les réacteurs à neutrons rapides (surgénérateurs) permettent d’accroître de façon importante les réserves car l’isotope d’uranium le plus abondant (238U) devient alors un combustible et les réserves associées sont de plusieurs millénaires. Les réacteurs assistés par accélérateur permettent même d’utiliser le thorium comme combustible, ce qui permet de multiplier les réserves. Par ailleurs ces réacteurs assistés par accélérateur permettraient aussi de résoudre bien des problèmes de sûreté puisqu’ils ne peuvent que s’arrêter si le flux délivré par l’accélérateur est coupé : il suffit de couper le courant pour arrêter le réacteur… Bien des difficultés doivent être encore résolues au niveau du fluide caloporteur et de la fenêtre d’entrée du réacteur dont la résistance mécanique et à l’irradiation est un problème crucial de recherche. L’avantage d’une telle installation serait aussi de permettre de faire fonctionner un réacteur dans lequel on aurait remplacé du combustible par des déchets à vie longue que l’on pourrait transmuter en déchets à vie courte, donc moins problématiques pour l’avenir. L’enjeu est donc majeur et le programme de recherche Pace a pour but de résoudre tous les problèmes posés par cette technologie : problème de connaissance précise des mécanismes de transmutation des déchets, problème de résistance des matériaux, problèmes techniques d’accélération permettant d’atteindre les intensités de faisceau très grandes qui sont nécessaires au fonctionnement, problèmes de séparation chimique en ligne permettant d’isoler les déchets à détruire et à positionner dans le réacteur.

18 Le nucléaire du futur : les réacteurs hybrides ?
Qu’est ce que c’est ? réacteur assisté par accélérateur la réaction en chaîne ne se maintient qu’avec l’apport de neutrons rapides (accélérateur) Les avantages des réacteurs hybrides Sûreté : on arrête l’accélérateur = on arrête la réaction en chaîne Réserves : l'uranium 238, 100 fois plus abondant que l'uranium 235, et le thorium sont des combustibles Déchets : moins de déchets car on peut brûler les déchets à vie longue T29 Des progrès sont possibles grâce aux recherches dans les domaines des réacteurs à neutrons rapides et des réacteurs assistés par accélérateur. On a vu que les réacteurs à neutrons rapides (surgénérateurs) permettent d’accroître de façon importante les réserves car l’isotope d’uranium le plus abondant (238U) devient alors un combustible et les réserves associées sont de plusieurs millénaires. Les réacteurs assistés par accélérateur permettent même d’utiliser le thorium comme combustible, ce qui permet de multiplier les réserves. Par ailleurs ces réacteurs assistés par accélérateur permettraient aussi de résoudre bien des problèmes de sûreté puisqu’ils ne peuvent que s’arrêter si le flux délivré par l’accélérateur est coupé : il suffit de couper le courant pour arrêter le réacteur… Bien des difficultés doivent être encore résolues au niveau du fluide caloporteur et de la fenêtre d’entrée du réacteur dont la résistance mécanique et à l’irradiation est un problème crucial de recherche. L’avantage d’une telle installation serait aussi de permettre de faire fonctionner un réacteur dans lequel on aurait remplacé du combustible par des déchets à vie longue que l’on pourrait transmuter en déchets à vie courte, donc moins problématiques pour l’avenir. L’enjeu est donc majeur et le programme de recherche Pace a pour but de résoudre tous les problèmes posés par cette technologie : problème de connaissance précise des mécanismes de transmutation des déchets, problème de résistance des matériaux, problèmes techniques d’accélération permettant d’atteindre les intensités de faisceau très grandes qui sont nécessaires au fonctionnement, problèmes de séparation chimique en ligne permettant d’isoler les déchets à détruire et à positionner dans le réacteur. La recherche nécessaire : Résistance des matériaux Séparation chimique poussée des différents éléments accélérateurs de haute intensité

19 La fusion nucléaire est la source d’énergie du soleil et des étoiles
La fusion nucléaire est la source d’énergie du soleil et des étoiles. Si l’humanité réussit à l’utiliser sur la Terre, elle disposera d’une source d’énergie pratiquement inépuisable, qui ne pollue ni l’environnement ni le climat. La fusion nucléaire a le potentiel pour devenir une technologie clé du développement durable de l’humanité. Toutefois, il y a encore beaucoup de chemin à faire Elle consistant à associer («fusionner») par fusion des noyaux atomiques très légers pour obtenir des noyaux atomiques plus lourds, ce qui dégage encore davantage d’énergie.

20 Il ne faut pas confondre:
Au cours de cette fusion nucléaire, il se dégage d’un seul gramme d’hydrogène à peu près la même quantité d’énergie que celle produite par la combustion de huit tonnes de pétrole ou de onze tonnes de charbon. Il ne faut pas confondre: la fission nucléaire (un noyau lourd se scinde en deux noyaux plus légers nommés sous-produits de fission) et la fusion nucléaire (deux noyaux légers s'assemblent pour former un noyau lourd).

21 Processus de fusion

22 Le nucléaire du futur : Processus de fusion
Comment ça marche? Comme le Soleil ! Noyaux à 100 millions °C Objectif majeur car réserves « infinies » en deutérium ! peu de déchets T30 Ce transparent concerne l’autre façon de libérer de l’énergie d’origine nucléaire : la fusion entre noyaux légers (isotopes d’hydrogène). Ce processus est à l’origine de l’énergie du soleil et des étoiles cad combinaison de deux noyaux d’hydrogène ou isotope pour former un noyau d’helium. L’avantage majeur serait de résoudre définitivement le problème des réserves : le combustible (deutérium) est abondant dans l’eau de mer. La difficulté est de réussir la fusion contrôlée. La solution considérée actuellement comme la plus prometteuse est celle des tokamaks. Les installations Jet et Tore Supra ont permis de beaucoup progresser, mais pour aller au delà et espérer réussir la fusion de façon rentable, il faut passer à une échelle supérieur: c ’est le projet Iter dont la taille implique une collaboration mondiale. Le schéma est une vue de Iter. Progresser sur ce sujet est un enjeu majeur de la physique des plasmas. Le schéma présente une vue de Iter un projet mondial pour rendre la fusion à grande échelle et donc rentable. Tokamak : anneau de plasma confiné magnétiquement et parcouru par un fort courant électrique. Non envisageable avant ½ siècle. JET ,the Joint European Torus

23 Le nucléaire du futur : Processus de fusion
PROJET ITER à CADARACHE Objectif : Produire autant d'énergie qu'on en consomme Pendant un temps pas trop court… T30 Ce transparent concerne l’autre façon de libérer de l’énergie d’origine nucléaire : la fusion entre noyaux légers (isotopes d’hydrogène). Ce processus est à l’origine de l’énergie du soleil et des étoiles cad combinaison de deux noyaux d’hydrogène ou isotope pour former un noyau d’helium. L’avantage majeur serait de résoudre définitivement le problème des réserves : le combustible (deutérium) est abondant dans l’eau de mer. La difficulté est de réussir la fusion contrôlée. La solution considérée actuellement comme la plus prometteuse est celle des tokamaks. Les installations Jet et Tore Supra ont permis de beaucoup progresser, mais pour aller au delà et espérer réussir la fusion de façon rentable, il faut passer à une échelle supérieur: c ’est le projet Iter dont la taille implique une collaboration mondiale. Le schéma est une vue de Iter. Progresser sur ce sujet est un enjeu majeur de la physique des plasmas. Le schéma présente une vue de Iter un projet mondial pour rendre la fusion à grande échelle et donc rentable. Tokamak : anneau de plasma confiné magnétiquement et parcouru par un fort courant électrique. Non envisageable avant ½ siècle. échéance : ans : c’est loin...

24 Energies non renouvelables
bilan avantages - inconvénients - limites fossiles T15 Le présent transparent résume ce que l’on peut dire sur les énergies non renouvelables : on commence par les citer, puis on donne leurs consommations actuelles dans le monde, dans l’Union Européenne, et en France. Les énergies non renouvelables actuelles sont le pétrole, le gaz, le charbon et l’uranium (appelé ici « nucléaire-fission » puisqu’on fait fissionner l’uranium dans un réacteur). Une dernière colonne est intitulée « nucléaire-fusion » : les pourcentages associés sont nuls car on n’a pas encore réussi à réaliser la fusion contrôlée. Elle est toutefois ajoutée ici car c’est une solution essentielle pour l’avenir compte tenu des réserves associées en combustible (le deutérium que l’on trouve dans l’eau de mer : voir lignes suivantes). Les pourcentages indiqués en rouge sont ceux qui sont essentiels : on voit la dominance actuelle du pétrole, le rôle spécifique du nucléaire en France, le rôle corrélativement plus faible du charbon. On voit aussi (dernière colonne) que les énergies fossiles (donc non renouvelables) sont totalement dominantes aujourd’hui. Les indications vertes du milieu du tableau donnent les avantages et les inconvénients des diverses sources. Les mots verts qui reviennent le plus sont « abondant » (mais pour des temps de l’ordre ou inférieurs au siècle), et « peu cher » (la société est-elle prête à payer d’autres sources : voir plus loin). On note la grande abondance des combustibles pour le « nucléaire-fusion »: voir ci-dessus. Cela ne peut pas durer si l’on note les réserves qui sont indiquées dans les dernières lignes. Deux estimations sont données selon que l’on est optimiste (espérance de nouvelles découvertes) ou pessimistes (on ne tient compte que des réserves prouvées). En tout état de cause, les réserves sont faibles car elles ne couvrent que des périodes courtes - de l’ordre du siècle, sauf dans le cas du charbon (mais il est polluant) et dans le cas de l’uranium si on utilise la technique des surgénérateurs (chiffres entre parenthèses). Les inconvénients sont  liés aux « réserves » (de l’ordre du siècle) et aux problèmes d’ « effet de serre » et de « pollution ». On a distingué la « pollution » qui est dispersée et les « déchets » qui sont localisés et dont il faut éviter la dispersion. Dans le cas du nucléaire, on a rajouté la « sûreté » (risque d’accident) et le rendement car, dans les réacteurs actuels, le rendement n’est que de l’ordre du tiers, ce qui est inférieur à ce que l’on obtient par exemple avec le gaz (fonctionnement à plus haute température dans les turbines à gaz). La fusion, technique qui n’est pas actuellement au point (c’est son principal inconvénient) produira aussi des déchets nucléaires mais dans une mesure moindre si on la compare à la fission. C’est pourquoi le mot déchet n’est pas inscrit en caractères gras dans cette colonne. Cela ne peut pas durer si l’on note les réserves qui sont indiquées dans les dernières lignes. Deux estimations sont données selon que l’on est optimiste (espérance de nouvelles découvertes) ou pessimistes (on ne tient compte que des réserves prouvées). En tout état de cause, les réserves sont faibles car elles ne couvrent que des périodes courtes - de l’ordre du siècle, sauf dans le cas du charbon (mais il est polluant) et dans le cas de l’uranium si on utilise la technique des surgénérateurs (chiffres entre parenthèses). Attention l’effort de prospection dépend du niveau estimé des réserves. Mais, malgré cela, on prédit une baisse de production à partir de 2010 pour le pétrole. Nucléaire : si sa part de marché devait atteindre 30%, les réserves s’abaisseraient à 40 ans pour des réacteurs de type REP (eau pressurisée) actuels et à 4000 ans pour des surgénérateurs. Il deviendrait alors rentable d’exploiter les gisements à faible teneur, dont les océans, ce qui augmenterait considérablement le nombre d’année de réserve. Par ailleurs, ne pas oublier que l’augmentation de la population ainsi que du niveau de vie global entraînera une augmentation de la consommation énergétique (il y a eu doublement de la consommation mondiale d’électricité en 10 ans dans les années 60) .

25 6.Arguments en défaveur des centrales nucléaires
-problèmes de sécurité de la centrale face aux tremblements de terre  -il faudrait exiger la fermeture des sites dangereux ou restaurer en urgence la résistance des installations -dangers associés à la possibilité de sabotages et de vols pendant les transports - un réchauffement climatique perturberait le fonctionnement des centrales en période de canicule (exemple été 2003) -émission de plusieurs maladies -en 1986, l’accident de Tchernobyl a eu un impact désastreux (région entièrement inhabitable et d’innombrables victimes)

26 - les déchets, qu’ils soient issus de déchets technologiques solides (boues radioactives) ou de produits de fission se caractérisent par l’intensité des radiations émises, et de leur durée de vie (de courte à longue) - le stockage des déchets toxiques reste problématique, leur nombre s’accroît - les déchets hautement radioactifs renferment des cendres et des résidus issus des combustibles irradiés en réacteurs : ces déchets concentrent 90 % de la radioactivité - ils perdent progressivement leur radioactivité sur des dizaines de milliers d’années !!!

27 7 Arguments en faveur des centrales nucléaires
-les centrales nucléaires peuvent produire des grandes quantités d’électricité à bas prix et sans pollution directe - le nucléaire permet de produire de l’électricité peu coûteuse et ce, sans polluer l’atmosphère -la consommation électrique augmentant sans cesse depuis 30 ans, seul le nucléaire peut pour l’instant subvenir à nos besoins -le nucléaire peut s’imposer comme la première alternative au pétrole - l’augmentation des centrales nucléaires permettrait d’éviter une grande crise d’approvisionnement, afin d’éviter les coupures électriques à grande échelle. - grâce à une nouvelle génération de centrales nucléaires (2020) la sûreté sera améliorée, la production des déchets radioactifs à vie longue sera réduite

28 Gestion des déchets nucléaires

29 Le cœur d’un réacteur nucléaire
Fluide chaud Barre de commande © MEDIATHÈQUE EDF/C. Pauquet © CEA 2001 uranium Modérateur Schéma du cœur d’un réacteur : © CEA 2001 Cœur du réacteur de Civaux en Poitou Charentes : © LA MEDIATHEQUE EDF/Claude Pauquet Les barres de commande servent à contrôler la réaction en chaîne en “mangeant” une partie des neutrons. Le modérateur (ex. du bore) ralentit les neutrons émis qui sont trop rapides pour provoquer efficacement des fissions. Le fluide caloporteur (ex. de l’eau) est chauffé dans le cœur. Cœur du réacteur de Civaux en cours de chargement Fluide froid Les barres de commande permettent de contrôler la fission du combustible

30 les noyaux de deutérium et de tritium sont chargés +
La fusion sur terre 4H hélium 4 3,6 MeV neutron 14 MeV 2H deutérium 3H tritium Problème : les noyaux de deutérium et de tritium sont chargés +  se repoussent

31 Le nucléaire du futur Des solutions possibles :
nouveaux réacteurs à neutrons rapides réacteurs assistés par accélérateur (réacteurs hybrides) Réserves : on multiplie les réserves en utilisant aussi les noyaux fertiles Déchets : il ne reste que les PF Sûreté : Les réacteurs hybrides ont l’avantage d’être sous-critiques; la réaction en chaîne ne se maintient qu’avec l’apport de neutrons (accélérateur) . Des progrès sont possibles grâce aux recherches dans les domaines des réacteurs à neutrons rapides et des réacteurs assistés par accélérateur. Les réacteurs à neutrons rapides permettent d’accroître de façon importante les réserves car l’isotope d’uranium le plus abondant (238U) devient alors un combustible et les réserves associées sont de plusieurs millénaires : voir les chiffres du transparent n°8. Les réacteurs assistés par accélérateur permettent même d’utiliser le thorium comme combustible, ce qui permet de multiplier les réserves. Par ailleurs ces réacteurs assistés par accélérateur permettraient aussi de résoudre bien des problèmes de sûreté puisqu’ils ne peuvent que s’arrêter si le flux délivré par l’accélérateur est coupé : il suffit de couper le courant pour arrêter le réacteur… L’avantage d’une telle installation serait aussi de permettre de faire fonctionner un réacteur dans lequel on aurait remplacé du combustible par des déchets à vie longue que l’on pourrait transmuter en déchets à vie courte, donc moins problématiques pour l’avenir. L’enjeu est donc majeur et le programme de recherche Pace a pour but de résoudre tous les problèmes posés par cette technologie : problème de connaissance précise des mécanismes de transmutation des déchets, problème de résistance des matériaux, problèmes techniques d’accélération permettant d’atteindre les intensités de faisceau très grandes qui sont nécessaires au fonctionnement, problèmes de séparation chimique en ligne permettant d’isoler les déchets à détruire et à positionner dans le réacteur. La validation de ces concepts pourra permettre de répondre à la question du devenir du nucléaire