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RÉSUMÉ
Au début du développement de l'énergie nucléaire, de nombreux types de réacteurs ont été envisagés. Parmi eux, les réacteurs à haute température, connus sous le sigle HTR (High Temperature Reactors)ont le cœur réfractaire et utilisent un gaz inerte comme caloporteur, ce qui permet d’accéder à des niveaux de température très élevés. De tels niveaux offrent des possibilités de rendement intéressant, avec des applications dans des secteurs intéressés par ces niveaux de température.
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Daniel BASTIEN : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM) - Ancien Coordonnateur pour la Filière des Réacteurs à Gaz au Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA)
INTRODUCTION
La production d’électricité par la voie nucléaire a été marquée, au début de son développement dans les années 1950, par un foisonnement d’idées visant à améliorer les caractéristiques physiques ou les performances des réacteurs. L’association des trois composantes principales du cœur, à savoir le combustible (nature, enrichissement), le modérateur (liquide, solide ou inexistant) et le fluide de refroidissement (caloporteur liquide ou gazeux), permet en effet de multiples solutions dont certaines présentent des caractéristiques tout à fait particulières. C’est le cas des réacteurs à haute température, connus sous le sigle HTR (High Temperature Reactors), dont le cœur réfractaire et le gaz inerte utilisé comme caloporteur permettent d’accéder à des niveaux de température très élevés.
En application électrogène, ces niveaux de température conduisent à des rendements intéressants en cycle vapeur et permettent même un fonctionnement en cycle direct (turbine à gaz, § 5.3). En application calogène, les secteurs d’activité nécessitant des hautes températures peuvent être intéressés par ce type de réacteur.
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5. Applications potentielles
5.1 Spécificité des réacteurs à haute température
La température de sortie du gaz (de 700 à 900 oC) retenue pour les projets actuels est une valeur relativement basse qui ne pose aucun problème vis-à-vis des matériaux et des structures à mettre en œuvre. La preuve en est donnée par le fonctionnement durant 20 ans du réacteur AVR allemand dont la température de sortie avait été portée à 950 oC. Grâce à l’utilisation d’un gaz caloporteur neutre (hélium), d’un modérateur capable de supporter de très hautes températures sous cette atmosphère (graphite) et d’un combustible céramique ayant un bon comportement jusqu’à 1 600 oC, le HTR présente une spécificité permettant d’envisager des applications inaccessibles aux autres réacteurs.
HAUT DE PAGE5.2 Application calogène
5.2.1 Utilisation de la chaleur
Dans le cas de l’application électrogène, la chaleur est transformée in situ en électricité qui est délivrée sur un réseau interconnecté offrant une certaine souplesse.
L’utilisation directe de la chaleur en tant que telle est en général plus ponctuelle, ce qui pose la question du couplage de l’énergie nucléaire avec une utilisation non électrogène.
Cette question apparaît d’abord au niveau de la centrale, ensuite au niveau général de l’industrie concernée : il faut physiquement assurer un bon transfert de chaleur, mais aussi garantir à l’utilisateur la production attendue, avec les résultats économiques escomptés. La chaleur de l’hélium chaud va passer dans le procédé soit directement à travers la paroi d’un échangeur, soit indirectement par un circuit intermédiaire parcouru par un fluide caloporteur. Le second moyen dégrade la chaleur en tant qu’énergie thermique (de 50 à 100 oC) et alourdit les coûts. Il peut être indispensable si les normes vis-à-vis de la contamination sont draconiennes ou si le procédé...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Behaviour of gaz cooled reactor fuel under accident conditions. - AIEA IWGGCR/25 OAKRIDGE 5-8 nov. 1990.
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(2) - MOREAU (C.), GRENECHE (D.) - Le combustible des réacteurs HTR. Fabrication et cycles de mise en œuvre. - CEA/DMG 14-89 DEMT 89/76 1er mars 1976.
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(3) - Tenth meeting of the international working group on gaz cooled reactors. - AIEA TC 389.32. Vienne 30 sept. au 2 oct. 1991.
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(4) - Gas cooled reactor design and safety. - Technical reports series no 312 AIEA (1990).
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(5) - Draft preapplication safety evaluation report for the modular high temperature gas cooled reactor. - USNRC NUREG 1338, mars 1989.
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(6) - Containment study for MHTGR. - DOE-HTGR – 88311 nov. 1989.
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