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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux diverses filières nucléaires et aux thèmes dominant l’actualité et l’avenir proche. Sont passées en revue : les filières éprouvées du parc actuel, dominé par les REL ; les filières démontrées mais en attente, dont les RNR à métaux liquides ; le MSR ; la voie des SMR. La régénération des noyaux fissiles est analysée en termes de physique du cœur (paramètre h) et en termes de conséquences, bouleversant l’espérance de vie du nucléaire de fission. L’évaluation de l’économie du nucléaire est examinée, du nucléaire historique jusqu’à l’horizon 2050, avec l’élargissement à l’évaluation des mix énergétiques conduisant à prendre en compte l’intermittence et son prix.
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Jean-Baptiste THOMAS : Ingénieur ECP – retraité du CEA - Enseignant à l’INSTN, Saclay, France
INTRODUCTION
Après avoir examiné dans le précédent article la structure des réacteurs nucléaires et de leur combustible, le couplage fort entre chaudières et cycle du combustible, la perspective de régénération des noyaux fissiles, ainsi que les principales contraintes pesant sur le nucléaire de fission, le présent article est consacré aux filières nucléaires et aux thèmes dominant l’actualité et l’avenir proche. Il comporte :
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une brève revue : des filières éprouvées, des filières démontrées mais non déployées, des filières à l’étude ; de la voie SMR ; des progrès mutualisables transverses aux filières ;
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l’analyse de la régénération des noyaux fissiles qui permet d’accéder, depuis l’économie de la ressource rare du seul isotope 235U à celle de la totalité des éléments uranium et thorium ; la discussion des conséquences du renouvellement autocatalytique des noyaux fissiles, bouleversant les ordres de grandeur en espérance de vie de l’énergie de fission ;
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l’étude de la relation entre le spectre en cœur et les contraintes imposées au bilan neutronique par la régénération, sur la base des valeurs du paramètre clé η en fonction de l’isotope fissile considéré et de l’énergie du neutron incident ;
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le rappel des principales évaluations économiques du nucléaire électrogène depuis le nucléaire historique jusqu’aux projections à l’horizon 2050 ; la montée vers l’évaluation intégrale des mix énergétiques : l’intermittence et son prix ; l’examen du problème de la valeur du plutonium ;
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enfin, pour le concepteur, dans un nucléaire en mutation, la périlleuse contrainte/opportunité : « à nouveau contexte, nouveau cahier des charges initial ».
Cet article sera suivi d’un troisième article traitant des modélisations simplifiées consacrées à l’analyse stratégique des options de conception, de la place de l’innovation radicale, des systèmes énergétiques du continuum de l’énergie nucléaire associant fission, fusion et particules chargées accélérées.
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MOTS-CLÉS
filières de réacteurs nucléaires Génération IV surgénération flexibilité du parc nucléaire intermittence SMR
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4. Pour le design : à nouveau contexte, nouveau cahier des charges initial
4.1 Itérations entre cahier des charges initial et évolution du design : la phase de « conceptual design »
Le design débute par une analyse fonctionnelle/structurelle du système à concevoir. Celle-ci aboutit au choix des composants, de leur technologie et de leur dimensionnement (en ordre de grandeur), de l’architecture et de l’équilibre du système. Le design est déterminé par l’adéquation entre une technologie disponible, éprouvée, et les exigences prioritaires concernant : efficacité, coût, sûreté.
Dans le domaine nucléaire, au moins à long terme, le cycle du combustible (ressources, processus, déchets, résistance à la prolifération) arbitre les choix stratégiques. Actuellement, ce domaine est en mouvement et apporte de nouvelles possibilités, de nouvelles contraintes et de nouvelles menaces. Par ailleurs, l’évolution de la sûreté peut éliminer ou au moins affaiblir (par une complexité et des coûts accrus) certaines options, par exemple pour le choix du caloporteur et pour la conception du combustible.
La proposition formulée dans le domaine de la conception aéronautique par D.P. Raymer vaut pour le nucléaire : « Design starts with requirements but they evolve when you learn more ». On en apprend plus à travers le progrès du « conceptual design ». C’est un préalable à toute entrée en « projet ». Le lancement prématuré de la phase de « projet » pétrifierait le cahier des charges. Or, cette étape itérative de dialogue et d’influences réciproques introduit du réalisme dans la définition du cahier des charges : « This injects realism into requirements definition… »
HAUT DE PAGE4.2 Moteurs de l’évolution : changements dans les exigences prioritaires ; possibles « game changers »
L’analyse...
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Pour le design : à nouveau contexte, nouveau cahier des charges initial
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NAUDET (R.) - OKLO : des réacteurs nucléaires fossiles : étude physique. - Préface de Jules Horowitz – collection CEA – Série Synthèses – Eyrolles (1991).
-
(2) - HARMS (A.A.), HEINDLER (M.) - Nuclear Energy Synergetics – An introduction to conceptual models of integrated nuclear energy systems. - Plenum Press (1982).
-
(3) - SERBER (R.) - Los Alamos Primer – The first Lectures on How to Build an Atomic Bomb. - University of California Press (1992).
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(4) - ANDRA - * - Dossier Argile.
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(5) - Ça m’intéresse, - 15 mars 2022.
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(6) - THOMAS (J.-B.) - Nuclear power plant types and the management of plutonium and minor actinides, in search of fuel cycle flexibility. - C.R....
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