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19 Dezember 2016 |
La Revue POLYTECHNIQUE
Les centrales nucléaires de troisième génération
Les systèmes de réacteurs avancés ont fait l’objet ces dernières décennies de travaux de développement importants au niveau international. Ceux proposés actuellement répondent à des exigences de sûreté très élevées. Ces centrales dites de troisième génération sont celles qui seront construites dans les années et décennies à venir.
De nouveaux types de réacteurs avancés, de troisième génération, ont été développés ces dernières décennies. Cela répond à plusieurs exigences:
- La demande en électricité ne cesse n’augmenter au niveau mondial, notamment dans les pays émergents, tels que la Chine et l’Inde, mais aussi dans les pays d’Asie du Sud-Est et du Proche Orient. D’après les estimations de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), elle devrait au moins doubler d’ici 2050, et ce même dans l’hypothèse d’une utilisation de l’électricité beaucoup plus efficace qu’actuellement.
- Les objectifs de protection du climat exigent que, parallèlement à des énergies renouvelables, on utilise de l’énergie pauvre en émissions de gaz à effet de serre et respectueuse du climat.
- Les centrales nucléaires issues du boom des années 1970 se rapprochent de la fin de leur durée d’exploitation économique et doivent être remplacées.
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La technique des centrales nucléaires commerciales a fait l’objet d’un développement constant depuis le début des années 1950. (Illustration: Forum nucléaire suisse)
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Innovation et expérience
Les deux premières centrales nucléaires avancées de la troisième génération ont été mises en service au Japon en 1996 et en 1997. Des centrales de dernière technologie sont actuellement en cours de construction en Europe (France, Finlande), en Biélorussie, en Chine, en Corée du Sud, aux Etats-Unis, en Inde, au Japon, au Pakistan, en Russie et aux Emirats arabes unis. D’autres pays, tels que la Grande-Bretagne, la Hongrie, l’Iran, la Pologne, la Turquie ou encore le Vietnam, lanceront des travaux similaires dans les années à venir. Avant le récent changement de politique sur le sujet, il était également question de renouveler le parc nucléaire suisse par ce biais.
Le développement des centrales de troisième génération a commencé dès les années 1980 sur la base des expériences acquises de l’exploitation des réacteurs de la deuxième génération, mais aussi des accidents tels que celui de la centrale américaine de Three Mile Island en 1979, qui avait abouti à une fusion partielle du cœur du réacteur.
La conception des réacteurs de troisième génération garantit qu’en cas d’accident d’exploitation, quel qu’il soit, aucune quantité importante de substances radioactives ne peut être libérée aux alentours de la centrale, et que le sol ne peut être contaminé pour une longue période. Les conséquences maximales sur la population ne doivent pas être plus importantes que celles de n’importe quel autre risque inhérent à la civilisation, tel que les accidents chimiques, les explosions de gaz ou les ruptures de barrage.
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Deux EPR de troisième génération sont actuellement en construction sur le site de Taishan dans le sud de la Chine. Le premier sera mis en service dans le courant de 2016. (Photo: CGN)
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De systèmes de sûreté passifs
La fiabilité des systèmes de refroidissement d’urgence permettant d’empêcher les dégâts pouvant survenir au cœur du réacteur, ont fait l’objet de nouvelles améliorations pour les réacteurs de troisième génération. Pour ce faire, le nombre de systèmes indépendants les uns des autres a notamment été augmenté, ainsi que leur degré de protection contre les influences extérieures, telles que les séismes, les inondations ou encore les crashs aériens.
Les systèmes de sûreté dits passifs sont un autre développement de ces dernières décennies. Contrairement aux systèmes de sûreté actifs, les systèmes passifs n’ont pas besoin de pompes ou de soupapes actionnées par un moteur. Ils remplissent leur fonction sans apport externe d’énergie, en utilisant la gravité, notamment. En cas de dysfonctionnement grave, aucune intervention de l’homme n’est nécessaire pendant 12 à 72 heures, selon le type du réacteur. Pratiquement tous les systèmes de réacteurs de la troisième génération disposent de tels systèmes de sûreté d’un type nouveau.
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Chantier de deux réacteurs à eau sous pression du type AP1000 en Géorgie, aux Etats-Unis. (Photo: NRC)
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Une protection en cas de fusion du cœur
Cependant, si une défaillance de l’ensemble des systèmes de protection et des dégâts au cœur du réacteur devaient se produire - une telle probabilité étant inférieure à un cas tous les millions d’années pour les réacteurs de troisième génération -, des mesures préventives sont intégrées afin que la fusion du cœur soit contenue dans l’enceinte de confinement et fasse l’objet d’un refroidissement. En outre, les substances radioactives volatiles qui sont libérées sont retenues dans l’installation.
La capacité à maîtriser les conséquences de dégâts au cœur est le principal élément qui distingue les réacteurs de la seconde de ceux de la troisième génération. Le développement des réacteurs de troisième génération a permis d’effectuer un important pas en avant en matière de sûreté des centrales nucléaires.
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Schéma du réacteur américain à eau bouillante du type ESBWR. Un premier projet a été autorisé dans le Michigan, en 2015. (Illustration: General Electric)
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Des fournisseurs dans le monde entier
Les réacteurs de troisième génération ont atteint aujourd’hui la maturité industrielle. Des constructeurs européens, d’Amérique du Nord, d’Extrême-Orient et de Russie proposent de telles centrales sur le marché. Il s’agit pour la plupart de développements des réacteurs à eau légère, qui sont actuellement largement répandus dans le monde (cf. tableau) et en service en Suisse.
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Tableau 1: Les réacteurs à eau sous pression de troisième génération
Situation au 15 octobre 2015
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On trouve également des systèmes de troisième génération en développement dans la famille des réacteurs à eau lourde qui, contrairement aux réacteurs à eau légère, peuvent être exploités avec de l’uranium naturel non enrichi. Des réacteurs de petite taille, pouvant être assemblés de manière flexible en grandes unités de production, sont également en voie de développement. (cf. la feuille d’information «Les futurs systèmes de réacteurs» du Forum nucléaire suisse).
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Tableau 2: Les réacteurs à eau bouillante de troisième génération
Situation au 15 octobre 2015
(Source: Feuille d’information octobre 2015 Forum nucléaire suisse)
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Génération III: aucune modification majeure suite à Fukushima
L’accident de réacteur survenu à la centrale nucléaire japonaise de Fukushima-Daiichi a été provoqué par une catastrophe naturelle d’une rare ampleur. Le séisme de magnitude 9 a provoqué un tsunami qui a submergé l’installation insuffisamment protégée contre ce type de risque.
Les analyses du déroulement de l’accident laissent penser qu’aucune modification majeure de la conception des installations de troisième génération ne devra être apportée. Les défaillances survenues à Fukushima, telles que la panne d’électricité, l’incapacité de refroidir et les explosions d’hydrogène ont déjà été largement envisagées dans les années 1980 et avaient conduit en Suisse à des modernisations des équipements. Sur le plan de la sûreté, les centrales de troisième génération sont prévues pour résister à des accidents tels que celui de Fukushima.
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Quatre générations de réacteurs
Les technologies des réacteurs de fission nucléaire ont été classées en quatre générations par le Forum International Génération IV, une initiative du département de l’Énergie des États-Unis, destinée à instaurer une coopération internationale dans le cadre du développement des systèmes nucléaires de nouvelle génération.
La Génération I comprend les anciens prototypes des années 1950, ainsi que les premiers réacteurs construits avant 1970. La centrale nucléaire expérimentale de Lucens, qui a été arrêtée en 1969 suite à une fusion partielle du cœur ayant entraîné une contamination radioactive de la caverne, faisait partie de cette catégorie.
La Génération II désigne les réacteurs industriels construits entre 1970 et 1998 et actuellement en service dans le monde. Les centrales nucléaires suisses sont de la deuxième génération.
La Génération III désigne les réacteurs conçus à partir des années 1990 et qui prennent en compte le retour d’expérience des précédentes générations, notamment de la catastrophe de Tchernobyl. Une liste des réacteurs en projet et en service dans le monde figure dans les tableaux 1 et 2.
La Génération IV désigne des réacteurs à neutrons rapides basés sur le principe de la surgénération, pourraient entrer en service à l’horizon 2030. Six filières sont actuellement à l’étude au sein du Forum International Génération IV. À ce jour, il y a dans le monde deux réacteurs à neutrons rapides alimentant un réseau électrique: le réacteur russe Beloyarsk-3 BN-600 et le réacteur chinois CEFR, situé près de Pékin. Deux autres réacteurs s’approchent de la phase opérationnelle: Beloyarsk-4 en Russie et Kalpakkam en Inde.
Notons encore que le réacteur thermonucléaire expérimental ITER en construction à Cadarache ne fait pas partie de cette classification, car il s’agit d’un réacteur de fission, d’une technologie totalement différente de celle des réacteurs de fusion.
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Forum nucléaire suisse
3000 Berne
Tél.: 031 560 36 58
www.forumnucleaire.ch
