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RÉSUMÉ
En s’appuyant sur le retour d’expérience des MAGNOX (réacteurs à caloporteur CO2 avec combustible uranium naturel métallique et modérateur graphite) et en passant du combustible métallique à uranium naturel au combustible crayon oxyde légèrement enrichi gainage acier, les ingénieurs britanniques ont conçu une filière de réacteurs nucléaires de puissance unitaire de 650 MWe à haut rendement thermique : les AGR (Advanced Gas cooled Reactors) dont l’exploitation est prévue jusqu’en 2028. Cet article vise à donner une vision générale d’un concept de réacteur à caloporteur gaz et présente les principales caractéristiques de cette filière unique : architecture générale, cuve ou caisson en béton, cœur, neutronique, gestion du combustible, circuits de refroidissement. Une comparaison avec les réacteurs MAGNOX et une brève analyse des atouts et points particuliers de cette filière sont également apportés.
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Richard LENAIN : Ingénieur retraité CEA - CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les réacteurs à caloporteur gaz, modérés au graphite et à uranium naturel métallique, ont permis à la Grande-Bretagne et à la France de réaliser les premières centrales nucléaires pour la production d’électricité (filières MAGNOX et UNGG). Lorsque la possibilité de disposer d’uranium enrichi a été claire, la France s’est tournée vers les réacteurs à eau sous pression alors que la Grande-Bretagne a poursuivi dans la solution à caloporteur gaz. Pour cela, elle s’est appuyée sur le retour d’expérience des réacteurs MAGNOX (réacteurs à caloporteur CO2, avec combustible uranium naturel métallique, modérateur graphite) en mettant au point une filière spécifique : celle des AGR (Advanced Gas cooled Reactor). L’orientation nouvelle a consisté en l’utilisation de combustible légèrement enrichi et au passage du combustible métallique au combustible oxyde crayon gainé acier, ce choix a permis de mettre en œuvre un cycle thermique à haute température dont le rendement atteint 42 % et de porter le taux d’irradiation de rejet vers 44 GWj/t. En optant pour un réacteur spécifique associé au cycle du combustible oxyde, les développements futurs vers les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur gaz ou sodium à l’étude restaient ainsi ouverts. Cette solution combustible permet également l’entreposage en piscine du combustible irradié sur des temps longs contrairement aux combustible MAGNOX.
Après un bref rappel historique de la mise en place des AGR, cet article présente les caractéristiques principales de cette filière : architecture générale, cuve/caisson en béton, cœur, structure en graphite, neutronique, gestion du combustible, circuits de refroidissement, plan d’ensemble. Une comparaison avec les réacteurs MAGNOX et une brève analyse des atouts et points particuliers des AGR sont également apportées. En 2023, cette filière qui constitue la principale composante du parc nucléaire en Grande-Bretagne (14 réacteurs sur 15) est exploitée par une filiale d’EDF.
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1. Description générale d’une centrale AGR
Dès les années 1950, la Grande-Bretagne s’est lancée dans le développement de réacteurs électrogènes. Les concepts élaborés sont directement orientés par la connaissance de la physique nucléaire, les capacités industrielles et le savoir-faire du pays. Dans un premier temps, les réacteurs mis en service sont des réacteurs à neutrons thermiques avec du combustible métallique à uranium naturel, modérés au graphite, refroidis au gaz, à chargement continu : c’est la filière MAGNOX (MAGnesium clad Non OXyde fuel) dont le pendant français est la filière UNGG (Uranium Naturel, Graphite, Gaz). Les filières MAGNOX et UNGG sont maintenant dans une phase de démantèlement.
L’objectif de rendre plus compétitive la filière gaz implique d’augmenter la puissance unitaire et volumique. La recherche de l’augmentation de la puissance unitaire de la solution graphite-gaz a principalement porté dans un premier temps sur l’architecture générale des réacteurs et a conduit à des évolutions importantes de la conception du caisson dans le lequel est placé le cœur. Ce caisson jouant le rôle de cuve et d’enceinte de confinement est en acier pour les petites puissances unitaires puis en béton avec liner acier pour les plus grandes, les réacteurs MAGNOX de Wylfa (500 MWe) ont un caisson en béton précontraint. La puissance unitaire MAGNOX maximum atteinte de la filière est alors de l’ordre de 500 MWe avec une puissance volumique faible inférieure à 1 W/cm3 de cœur. En parallèle au déploiement de la filière MAGNOX, tout en restant dans la filière de réacteur refroidi au gaz et modéré au graphite, les recherches ont été orientées vers la mise au point de réacteurs à rendement thermique élevé, la température primaire de sortie du gaz passant de 400 °C à 640 °C et la puissance volumique du cœur est alors augmentée d’un facteur 3. Ces objectifs ont conduit à modifier drastiquement le dessin du cœur et le combustible (oxyde légèrement enrichi, gaine acier) ; c’est la filière AGR (Advance Gas Reactor) avec très tôt un prototype construit dans le centre de recherche de Windscale.
Les AGR s’inscrivent dans une stratégie propre à la Grande-Bretagne : une filière de réacteur à gaz spécifique avec un combustible oxyde bien adapté au traitement des combustibles...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NONBØL (E.) - Description of the Advanced Gas Cooled Type of Reactor (AGR). - Erik Nombol Rise National Laboratory Roskilde, Denmark (1996).
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(2) - BARRÉ (B.) et al - Nuclear Reactor Systems chapter 2 : CO2 Gas Cooled Reactors. - Nuclear engineering series ; EDP Science (2016).
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(3) - GLENDENNING (I.) et al - The development of safe on-load refuelling practices in advanced gas cooled reactors. - IAEA CN 48/278 (1988).
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(4) - BRITTAIN (N.) - * - . – EDF Energy Nuclear generation : The AGR Design, Fukushima and more (2012).
-
(5) - KEMMISH (W.B.) - Gas cooled fast reactors. - Nucl. Energy ; ISSN 0140-4067 v.21(1) ; p. 77-88 (1982).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Réacteurs à neutrons rapides refroides au sodium.
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