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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux réacteurs destinés à la production d’énergie, et traite par là-même des objectifs de l’énergie nucléaire civile. Les centrales nucléaires se déclinent en une centaine de familles, ou filières, qui se différencient par une combinaison différente des matériaux fissiles et fertiles, des modérateurs et des caloporteurs. Pour autant, toutes ces filières sont soumises à des contraintes communes portant sur la sûreté, la gestion des déchets et la non-prolifération.
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Pierre BACHER : Directeur du traité Génie Nucléaire Ancien Directeur délégué de l’Équipement EDF
INTRODUCTION
Un réacteur nucléaire est un appareil dans lequel est entretenue une réaction en chaîne de fission par propagation de neutrons. Les réacteurs nucléaires sont utilisés soit pour produire de l’énergie, soit comme outils de recherche, par exemple pour l’irradiation des matériaux, pour fournir des faisceaux de neutrons ou, plus simplement, pour explorer les propriétés physiques du milieu multiplicateur. Le présent article s’intéresse plus particulièrement aux réacteurs destinés à la production d’énergie, en s’attachant à dégager leurs points communs tout autant que leurs principales différences. Les différents types de réacteurs nucléaires font l’objet d’articles spécifiques auxquels le lecteur est appelé à se référer pour obtenir plus de détails.
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1. Présentation générale
Un réacteur nucléaire comporte :
-
de la matière fissile (combustible) dans laquelle a lieu la fission ;
-
un matériau léger (modérateur) ou au contraire pas de matériau léger ; selon que l’on veut privilégier ou non la fission par des neutrons à basse (< 1 eV) ou à haute (> 100 keV) énergie ;
-
généralement, de la matière fertile (uranium ou thorium) qui se transforme en matière fissile par absorption d’un neutron suivie de l’émission d’un ou de plusieurs électrons ;
-
un fluide caloporteur qui récupère l’énergie thermique produite par la fission et la transfère à l’utilisateur final sous forme de chaleur ou d’électricité ;
-
des matériaux dits « de structure » qui servent à mettre en place les différents composants et donnent une forme déterminée au réacteur ;
-
des matériaux absorbants mobiles qui permettent de réguler la réaction de fission ; il faut, en effet, en régime stable que le nombre de neutrons produits par la fission soit strictement égal au nombre de neutrons capturés dans les différents matériaux présents dans le réacteur nucléaire et autour de celui-ci.
Un réacteur nucléaire est caractérisé par le choix de ces différents matériaux, qui est essentiellement limité par leurs caractéristiques neutroniques et physico-chimiques :
-
matériaux fissiles : uranium (U) et plutonium (Pu) ;
-
modérateurs : eau ordinaire (H2O), eau lourde (D2O) et graphite (C) ;
-
matériaux fertiles : uranium (U) et thorium (Th) ;
-
caloporteurs : eau ordinaire, eau lourde, dioxyde de carbone (CO2), hélium (He) et sodium (Na) ou plomb (Pb) ;
-
matériaux de structure : aciers au carbone, aciers inoxydables, notamment austénitiques et ferritiques, et alliages utilisés pour les gaines des combustibles, à base de Mg, Zr ou aciers ;
-
matériaux absorbants : bore, cadmium, hafnium, gadolinium, argent et indium.
Il en résulte théoriquement une centaine de familles de réacteurs, encore appelées filières, chaque filière étant...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - INSAG 12 : basic safety principles for nuclear power plants (révision 3, la première version de 1988 portant le numéro INSAG 3).
-
(2) - * - INSAG 13 : safety culture (révision 3, la première version de 1991 portant le numéro INSAG 4).
-
(3) - * - INSAG 10 : defence in depth (1996).
-
(4) - ROSENTHAL (M.W.), al - Recent progressions in molten salt reactor developments - . Oak Ridge National Laboratory – Atomic Energy Review, Vol. 9, no 3 (1970).
-
(5) - * - Rapport EUR 19142N : Thorium as a waste management option (2000).
-
(6) - DAUTRAY (R.) - L’énergie nucléaire civile dans le cadre temporel des changements climatiques - . Rapport à l’Académie des sciences (2001).
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