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RÉSUMÉ
L'énergie d'origine nucléaire représente une part importante de l'énergie mondiale, et prépondérante de l'énergie française. Cet article décrit les principales filières nucléaires. avec l’intérêt respectif de chacune en fonction des objectifs poursuivis (production d’électricité, valorisation des ressources, gestion des déchets). Les acquis et retours d'expérience de cinquante années de développement sont présentés et expliquent comment l’industrie nucléaire est aujourd'hui une industrie sûre et respectueuse de l’environnement, permettant la production d'une électricité de base parmi les moins chères.
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Pierre BACHER : Directeur du traité Génie Nucléaire (Techniques de l’Ingénieur) - Ancien Directeur délégué de l’Équipement EDF
INTRODUCTION
L’énergie nucléaire joue un rôle important dans la production électrique mondiale (à égalité avec l’hydraulique), européenne (33 %) et française (plus de 75 %). Le traité Génie Nucléaire des Techniques de l’Ingénieur donne les fondements théoriques des réacteurs nucléaires, explique en détail les questions de sûreté, de radioprotection et de gestion des déchets, décrit les multiples technologies mises en œuvre, et présente les principales filières de réacteurs développées au cours des cinquante dernières années ainsi que l’expérience acquise au cours de cette période.
Le présent article [D 4 003] cherche à présenter de façon synthétique les principales filières nucléaires avec l’intérêt respectif de chacune en fonction des objectifs poursuivis (production d’électricité, valorisation des ressources, gestion des déchets). Il passe en revue l’acquis considérable de cinquante années de développement, grâce auquel l’industrie nucléaire est aujourd’hui une des industries les plus sûres et les plus respectueuses de l’environnement, et permet de produire une électricité de base parmi les moins chères. L’article suivant Stratégies de développement des filières nucléaires présentera l’état des réflexions sur le développement possible du nucléaire au xxie siècle, et sur les conditions d’un développement durable de cette énergie.
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2. Débuts de l’électronucléaire
Les débuts de l’électronucléaire ont vu fleurir un très grand nombre de projets, combinant les différents matériaux possibles :
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matériaux fissiles : uranium (235U) et plutonium (235Pu) ;
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modérateurs : eau ordinaire (H2O), eau lourde (D2O) et graphite (C) ;
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matériaux fertiles : uranium (238U) et thorium (Th) ;
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caloporteurs : eau ordinaire, eau lourde, liquides organiques, dioxyde de carbone (CO2), hélium (He), sodium (Na), plomb (Pb), mercure (Hg) ;
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matériaux de structure : béton précontraint, aciers au carbone, aciers inoxydables, notamment austénitiques et ferritiques, et alliages utilisés pour les gaines des combustibles, à base de Mg, de Zr ou d’aciers ;
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matériaux absorbants : bore, cadmium, hafnium, gadolinium, argent et indium.
Il en résulte théoriquement une centaine de familles de réacteurs, encore appelées filières, chaque filière étant caractérisée par une combinaison de matériaux fissiles et fertiles, de modérateur (ou d’absence de modérateur), et de caloporteur.
Aux débuts de l’exploitation de l’énergie nucléaire, les choix étaient dictés par les disponibilités des matières fissiles : dans les années 1940 aux États-Unis et au Canada, et 1950 en France et en Grande-Bretagne, seul l’uranium naturel étant disponible, les choix de modérateurs se portèrent vers des matériaux légers peu absorbants :
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le graphite (pile de Chicago en 1942, réacteurs de production de plutonium, puis réacteurs électrogènes anglais et français) ;
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l’eau lourde.
L’enrichissement de l’uranium naturel en 235U dans les usines de séparation isotopique et la production de plutonium dans les premiers réacteurs ont très largement ouvert les combinaisons possibles, et les années 1950 virent une floraison d’idées dans un « monde nucléaire » comportant encore plus de chercheurs que d’industriels. À côté de la poursuite du développement industriel des réacteurs à graphite et à eau lourde, de nombreux réacteurs furent construits soit pour disposer de sources importantes de neutrons, notamment pour tester le comportement des matériaux...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DURAND-SMET (R.) - Réacteurs à eau sous pression. Description - . [B 3 100] (1997). Traité Génie nucléaire.
-
(2) - CACHERA (P.) - Réacteurs à eau ordinaire bouillante - . [BN 3 130] (2000). Traité Génie nucléaire.
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(3) - YU (S.), HOPWOOD (J.), MENELEY (D.) - Réacteurs à eau lourde - . [BN 3 210] (2000). Traité Génie nucléaire.
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(4) - BASTIEN (D.) - Réacteurs RBMK - . [BN 3 215] (2000). Traité Génie nucléaire.
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(5) - DUCO (J.) - Accidents nucléaires. Tchernobyl (URSS) - . [BN 3 884] (2003). Traité Génie nucléaire.
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(6) - CRETTÉ (J.-P.) - Réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium - . [B 3 170]...
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