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RÉSUMÉ
Cet article réalise un tour d'horizon sur la conception des réacteurs à eau sous pression (de 600 à 1 500 MWe) constituant le parc électronucléaire français. Il dégage une synthèse des principaux axes de la démarche de conception. Le développement important de la technologie du REP s’explique par plusieurs aspects, notamment le faible coût du combustible nucléaire et l’amélioration de la qualité de la vapeur. De cette maîtrise découle le projet d’évolution vers les réacteurs nucléaires de troisième génération. L’article présente un panorama des aspects marquants de ces nouveaux modèles en cours de développement, ou récemment mis sur le marché, en illustrant cette présentation par des exemples à l'étranger.
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Pierre BOIRON : Ancien cadre dirigeant de Framatome
INTRODUCTION
Aujourd'hui, 214 tranches électronucléaires à eau ordinaire sous pression (REP) sur un total mondial de 440, toutes filières confondues, délivrent 56 % de l'électricité d'origine nucléaire dans le monde. Ces réacteurs, construits à partir du milieu des années 60, sont dits de « deuxième génération », par opposition aux réacteurs antérieurs, presque tous arrêtés, considérés comme de « première génération ».
Depuis le milieu des années 90, les autorités de sûreté des différents pays, les exploitants nucléaires et les constructeurs de centrales nucléaires préparent la « troisième génération » de réacteurs, pour l'essentiel encore des réacteurs à eau (REP ou REB).
Dans la première partie, complétant un article paru (voir [B 3 100] des Techniques de l'Ingénieur) par un tour d'horizon sur la conception des réacteurs à eau sous pression (de 600 à 1 500 MWe) équipant le parc électronucléaire français, il est montré que, loin d'être une simple recopie des modèles d'origine, construits sous licence américaine, le REP est devenu un réacteur de technologie française. Il bénéficie d'évolutions importantes et parfaitement maîtrisées, grâce à l'étroite coopération instaurée entre tous les acteurs, à un effort sans précédent en R&D, et à l'organisation précoce du retour d'expérience.
Dans une seconde partie, les courants d'évolution de ces réacteurs sont mis en lumière par un panorama des aspects marquants des nouveaux modèles en cours de développement, ou récemment mis sur le marché. Les exemples sont pris à l'étranger. Un article distinct du présent traité est consacré à l'EPR (voir [BN 3 102]). Enfin il est fait un point sur les REP de petite et moyenne puissance.
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1. Forces et faiblesses
La percée du REP dans le secteur civil ne tient plus aujourd'hui à ses seules origines militaires, le réacteur du Nautilus, premier sous-marin à propulsion nucléaire entré en service en 1955 [7], [8]. Dans la recherche de nouvelles filières à neutrons thermiques (1), toutes les combinaisons de combustible nucléaire, de modérateur et de réfrigérant, et ce dans les conceptions les plus diverses, ont été essayées. Si certaines se sont montrées utilisables, c'est bien par la robustesse, la rusticité, la compacité, la sûreté, la résistance à la prolifération des armements nucléaires, et le potentiel de développement industriel du REP, tous clefs de son succès.
Nota
(1) Alors que les concepts de 4e génération sont des réacteurs à neutrons rapides, exception faite du réacteur à sels fondus (MSR) qui utilise un spectre de neutrons épithermiques. Mis à part le réacteur à gaz à très haute température (VHTR), ces réacteurs sont des surgénérateurs produisant moins de déchets à vie longue que les réacteurs actuels. Tous tirent profit des progrès considérables accomplis et encore espérés dans la connaissance des matériaux [9].
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Robustesse, rusticité, compacité
Ces trois qualités résultent notamment des points suivants :
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l'eau ordinaire (2), utilisée comme ralentisseur des neutrons et réfrigérant du cœur, est un fluide familier aux exploitants de chaudières. Cette eau, dite « primaire », est parfaitement compatible avec celle du circuit eau-vapeur entraînant la turbine. L'eau ordinaire associée à l'uranium enrichi permet d'atteindre une puissance spécifique élevée dans le réacteur et une grande compacité dont bénéficie toute l'installation ;
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les niveaux de température de fonctionnement, relativement peu élevés, et les faibles écarts de température dans le réacteur confèrent au REP robustesse et longévité ;
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l'oxyde d'uranium – matériau réfractaire ne réagissant pas à l'état solide avec l'eau – s'est montré particulièrement endurant ;
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le choix d'un alliage de zirconium comme matériau de gainage du combustible (3) s'est rapidement imposé car il absorbe beaucoup...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Les coûts de référence de la production électrique - ; Direction du Gaz, de l'Électricité et du Charbon (DIGEC)/DGEMP/ Ministère de l'Économie, des Finances et de I'lndustrie (1997).
-
(2) - * - Revue Générale Nucléaire, no 2 – mars-avril 2006.
-
(3) - European Utility Requirements for LWR Nuclear Power Plants (EUR) - - March 2000 A document produced by British Energy, DTN, Électricité de France, Forksmark Krafgrup AB, Fortum & TVO, NRG, SOGIN, Tractebel, UAK and Vereinnigung Deurscher Elektrizitätswerke.
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(4) - Design features of TSURUGA 3 and 4. The first APWR plant in Japan - – Hidrald Sazuld, The Japan Atomic Power Company.
-
(5) - Innovative small and medium sized reactors : Design features, safety approches and R&D trends - – Final report of a technical meeting held in Vienna, 7-11 June 2004 - IAEA.
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...
(liste non exhaustive)
Revue Générale Nucléaire – Revue bi-mensuelle éditée par la Société Française d'Énergie Nucléaire (SFEN – 3-5, rue des Morillons 75015 Paris
Contrôle : Revue mensuelle éditée par la Direction Générale de la Sûreté et de la Radioprotection (DGSIN) – 6, rue du Colonel Bourgoin 75012 Paris
HAUT DE PAGE
Réglementation française applicable, dans : Code de I'Environnement – Installations nucléaires
HAUT DE PAGE
(liste non exhaustive)
http://www.westinghousenuclear.com/C3a.asp
http://www.nei.org/index.asp?catnum
http://www.nuc.berkeley.edu/designs
http://www.nrc.gov/reactors/new-licensing/design-cert/ap1000.html
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