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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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2. Technologie de base
Le réacteur à haute température se caractérise par :
-
un combustible nucléaire céramique très divisé dont la gaine, composée de plusieurs couches, est capable de conserver son étanchéité jusqu’à une température très élevée (1 600 oC) ;
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un modérateur en graphite assurant une bonne stabilité mécanique et une grande inertie thermique à côté de bonnes qualités neutroniques ;
-
un fluide de refroidissement gazeux, de l’hélium, monophasique dans toutes les circonstances d’utilisation et chimiquement inerte.
La combinaison de ces trois composantes conduit aux avantages suivants :
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des propriétés de sûreté liées au concept HTR et des qualités particulières vis-à-vis de l’environnement ;
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la possibilité de fournir de la chaleur à haute température qui ouvre de nouvelles possibilités d’application de l’énergie nucléaire dans l’industrie ;
-
une large gamme d’utilisation de combustibles conférant au système une grande souplesse d’adaptation au marché des matières nucléaires.
2.1 Fluide primaire
L’utilisation du CO2 comme caloporteur, pour les réacteurs à gaz exploités en Grande-Bretagne et en France, a révélé que des problèmes de corrosion limitaient son utilisation à 400 oC pour les aciers et 500 oC pour le graphite. Il fallait donc changer la nature du gaz.
Dans toutes les conditions d’utilisation dans un réacteur, un gaz ne change pas de phase. Cela élimine les risques de modification brutale du transfert thermique, les variations de réactivité liées au taux de vide et les problèmes de représentativité des informations reportées en salle de contrôle en conditions accidentelles.
Pour les HTR, compte tenu du niveau de température, il fallait s’orienter vers un gaz chimiquement neutre. Le choix s’est porté sur l’hélium pour les raisons suivantes :
-
l’hélium est un agent d’échange et de transport de chaleur qui, parmi les gaz, n’est surpassé que par l’hydrogène ;
-
l’hélium est compatible à toute température avec tous les...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Behaviour of gaz cooled reactor fuel under accident conditions. - AIEA IWGGCR/25 OAKRIDGE 5-8 nov. 1990.
-
(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.
-
(3) - Tenth meeting of the international working group on gaz cooled reactors. - AIEA TC 389.32. Vienne 30 sept. au 2 oct. 1991.
-
(4) - Gas cooled reactor design and safety. - Technical reports series no 312 AIEA (1990).
-
(5) - Draft preapplication safety evaluation report for the modular high temperature gas cooled reactor. - USNRC NUREG 1338, mars 1989.
-
(6) - Containment study for MHTGR. - DOE-HTGR – 88311 nov. 1989.
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