18/04/02A.U.E1 Energie nucléaire : vers des réacteurs de génération IV Ernest H. MUND Directeur de recherches du FNRS ULB - UCL Association Universitaire.

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1 18/04/02A.U.E1 Energie nucléaire : vers des réacteurs de génération IV Ernest H. MUND Directeur de recherches du FNRS ULB - UCL Association Universitaire pour l’Environnement

2 18/04/02A.U.E2 Plan Introduction Energie nucléaire et développement durable Les réacteurs “Generation III” (2000--2020) L’initiative “Generation IV” Conclusion

3 18/04/02A.U.E3 World Consumption of Primary Energy 1850-2000-2100 (Gtoe) WEC98

4 18/04/02A.U.E4 Source : J. Laherrère

5 18/04/02A.U.E5 Quelles stratégies à long terme ? Economies d’énergie, potentiel limité sauf économies forcées impliquant un changement de société. L’opinion publique y est-elle prête ? Energies renouvelables (éolien, solaire, biomasse), potentiel limité pour des raisons physiques. Charbon, impact sur le climat (effet de serre) Nucléaire (y compris la fusion), problème : acceptation par l’opinion publique ?

6 18/04/02A.U.E6 (source: USDOE) Generation II Generation I Generation III Generation IV

7 18/04/02A.U.E7 Le nucléaire dans le monde (2002) 441 centrales dans 31 pays (Generation II et III), 87 % réacteurs LWR,  360 GWe puissance installée,  17% de la production mondiale d’électricité, 3 groupes de pays : Corée, Japon, France, Russie, … USA Allemagne, Belgique, Pays-Bas, Suède, Suisse,...

8 18/04/02A.U.E8 Nucléaire et développement durable : les atouts Préservation des ressources fossiles, Réserves (U-Th) bien réparties et abondantes, Pas d’autres usages pour U- Th, Pas de rejets de gaz à effet de serre, Volume minime de déchets, Coût U : faible % du coût du kWh, stabilité du prix de l ’électricité

9 18/04/02A.U.E9 Responsabilité des centrales électriques en matière d’émission C0 2 -eq “Life Cycle” (source: EI, KUL)

10 18/04/02A.U.E10 Le risque d’accident majeur (Tchernobyl, TMI, …) ~10.000 réacteur.an de fonctionnement (LWR et GCR) Le risque de prolifération, Le risque existe indépendamment des réacteurs LWR La question des déchets. Il est faux de dire que la question des déchets n’a pas de solution technique. Le problème est de nature “éthique”. Nucléaire et développement durable : les risques

11 18/04/02A.U.E11 P f : fréquence de fusion du coeur (par réacteur et par an) P f = 1 / (0,8  9500) ~ 1,5 10 -4 / réacteur.an Wash-1400 (1975) N. Rasmussen

12 18/04/02A.U.E12 Les déchets radioactifs en Belgique (source : Rapport AMPERE)

13 18/04/02A.U.E13 Concept de Stockage dans l’argile de Boom (SAFIR-2)

14 18/04/02A.U.E14 Stockage dans l’argile de Boom - Galerie de dépot Source : SAFIR-2

15 18/04/02A.U.E15 Evolution du débit de dose lié aux déchets vitrifiés enfouis dans l’argile de Boom (SAFIR-2) Valeur max. : 10  Sv/an dans 100.000 ans

16 18/04/02A.U.E16 L’énergie nucléaire aux USA Absence de commande de centrale depuis 1979, Difficulté d’obtention du permis d’exploitation (10CFR50), 10 à 15 ans, Mauvaise rentabilité des investissements, Consolidation des producteurs d’électricité (“utilities”), Amélioration régulière des indices de qualité de l’exploitation des centrales : facteur de charge : 61% (1973) 89% (2000) dose moy. ind. (rem.an -1 ) : 0.94 (1973) 0.17 (2000) Accident de TMI (1979)

17 18/04/02A.U.E17 USA : Nombre de centrales en fonctionnement (1973-2000)

18 18/04/02A.U.E18 USA : production d’électricité nucléaire (1973-2000) Generation II

19 18/04/02A.U.E19 Pour relancer le nucléaire aux USA : URD (Utility Requirements Document) (1985) une compilation de caractéristiques requises pour les centrales “Generation III” Plan stratégique du NPOC (1990-2000) (Nuclear Power Overight Committee)

20 18/04/02A.U.E20 Le plan stratégique du NPOC (1990-2000) Ce plan propose :  Une modification de la législation relative au licensing,  L’octroi par la NRC de certificat de conception standard.  La possibilité pour les utilities d’obtenir un permis de site avant décision de construction (ESP)  Encourager la standardisation des équipements EPR, AP600, S80+, GT-MHR,... 1990 La NRC change la législation et adopte les propositions du plan NPOC (10CFR52), 1996 Octroi du premier “Certificate of Design” pour l’ABWR de GE

21 18/04/02A.U.E21 Caractéristiques de “Generation III” (URD) Temps de construction = 4 ans, Utilisation de combustible UO 2 et MOX, Taux d’épuisement > 60 GWj/t, Facteur de charge > 0,9, Cycles de maintenance et recharg. : 24 mois, Probabilité (cumulée) de fusion du coeur < 10 -5 /réact. an, Probabilité (cumulée) de relâch. important < 10 -6 /réact. an, Dose collective au personnel < 0,8 homme.Sv /an

22 18/04/02A.U.E22 Concepts de réacteurs de “Generation III” ABWR + GEBWR 1350MWe (c) SWR 1000FramatomeANPBWR 1013MWe ESBWRGEBWR 1380MWe AP600WestinghousePWR 610MWe (c) AP1000WestinghousePWR 1090MWe APWR + MitsubishiPWR 1538MWe EPRFramatomeANPPWR 1500MWe S80+ + ABBPWR 1345MWe (c) PBMRESKOMHTR 120MWe GT-MHRGeneral AtomicsHTR 300MWe + : en construction ou fonctionnement (c) : certifié par la NRC

23 18/04/02A.U.E23 Le réacteur AP600 (PWR, sûreté passive) Le projet GT-MHR (HTR, cycle de Brayton )

24 18/04/02A.U.E24 Les concepts AP600 et GT-MHR

25 18/04/02A.U.E25 Comparaison des risques entre l’AP600 et les réacteurs actuels. (Source : BNFL)

26 18/04/02A.U.E26 Compositions initiales et finales de combustibles pour le GT-MHR (Source : G. Fioni et al. ICENES 2000)

27 18/04/02A.U.E27 Evolution du k eff au cours du temps pour le GT-MHR (Source : G. Fioni et al. ICENES 2000)

28 18/04/02A.U.E28 Le projet de réacteur PBMR (Eskom)

29 18/04/02A.U.E29 Réacteur PBMR et cycle de Brayton

30 18/04/02A.U.E30 Le combustible TRISO

31 18/04/02A.U.E31 HTGR - Excursion de température en cas de perte de réfrigérant (source : GA)

32 18/04/02A.U.E32 L’initiative “Generation IV” “While we cannot predict the future (of nuclear energy), we can see that there is an opportunity to shape it … ” William D. Magwood, IV (USDOE) 2000???

33 18/04/02A.U.E33 Generation IV est une initiative du “Department of Energy” (USDOE) avec les volets suivants : NERI (Nuclear Energy Research Initiative) : octroi de budget de recherche pour l’étude de concepts de réacteurs innovants, (budget FY-01 : 32.10 6 US$) GIF (Generation-IV International Forum) : participation internationale à la définition des objectifs et au choix des concepts. Pays membres : Afrique du Sud, Argentine, Brésil, Canada, Corée, France, Grande-Bretagne, Japon, USA avec participation de l’IAEA et NEA-OECD

34 18/04/02A.U.E34 But de “Generation IV” Déploiement au-delà de 2030 d’une nouvelle génération de réacteurs satisfaisant des objectifs (”Technology Goals”) à atteindre, en rapport avec : 1. le développement durable (“Sustainability”) 2. la sûreté et fiabilité, (“Reliability and Safety”) 3. l’économie, (“Economy”) 03/01 : adoption par le GIF des “objectifs” de G-IV

35 18/04/02A.U.E35 Provide sustainable energy generation that meets clean air objectives and promotes long-term availability of systems and effective fuel utilization for worldwide energy production Minimize and manage their nuclear waste and notably reduce the long term stewardship burden in the future, thereby improving protection for the public health and the environment Increase the assurance that they are a very unattractive and least desirable route for diversion or theft of weapons usable materials Technology goal 1 : Sustainability

36 18/04/02A.U.E36 Excel in safety and reliability Have a very low likelihood and degree of reactor core damage Eliminate the need for offsite emergency response Technology goal 2 : Reliability and Safety

37 18/04/02A.U.E37 Have a clear life-cycle cost advantage over other energy sources Have a level of financial risk comparable to other energy projects Technology goal 3 : Economy

38 18/04/02A.U.E38 10/02 : adoption d’un “Roadmap” pour l’identification et le développement du (ou des …) concept à déployer au-delà de 2030. Etapes suivantes : Au-delà de 2003 : “screening” des concepts G-IV proposés en conformité avec la méthodologie développée dans le roadmap

39 18/04/02A.U.E39 Sont en cours de développement des concepts de réacteurs suivants : Advanced water cooled reactors, Supercritical water reactors, Liquid metal cooled reactors, Gas cooled reactors, Thorium/uranium reactors, Pressure-tube reactors, Pebble-fuel water cooled reactors, Non-classical pow er reactors,...

40 18/04/02A.U.E40 Le concept IRIS (International Reactor Innovative and Secure) de Westinghouse

41 18/04/02A.U.E41 Application importante pour les réacteurs HT (à haut rendement) : la production d’hydrogène (HTTR-JAERI)

42 18/04/02A.U.E42 Conclusion Il y a un regain d’intérêt (comparable à celui des années ‘60’) pour des concepts innovants, Il est impossible à l’heure actuelle de dire ce que réserve l’avenir mais les conditions semblent réunies pour un nouveau départ du nucléaire, plus en.