Qu’est-ce qu’un réacteur nucléaire de 4e génération ? - SFEN

Qu’est-ce qu’un réacteur nucléaire de 4e génération ?

Publié le 18 octobre 2020 - Mis à jour le 23 avril 2021
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Synthèse

A moyen terme, les réacteurs de 4e génération ont vocation à succéder aux réacteurs de 3e génération, en déploiement, et à ceux de 2e génération, en fonctionnement. Encore au stade de la recherche ou du prototype industriel au sein des plus grands pays nucléaires, ces « réacteurs du futur » permettront notamment d’optimiser la valorisation des ressources.

Depuis 2000, 14 pays, dont la Chine, les Etats-Unis, la Russie et la France, sont regroupés pour favoriser le développement des réacteurs de 4e génération. Ces réacteurs doivent apporter des avancées notables en matière de développement énergétique durable, de compétitivité économique, de sûreté et de fiabilité et de résistance à la prolifération et aux agressions externes.

Six concepts de réacteurs entrent sous ce label. Trois d’entre eux sont des réacteurs à neutrons rapides (RNR), déclinés autour de principes de fonctionnement différents :

  • le réacteur à neutrons rapides à caloporteur gaz (RNR-G) ou Gas-cooled Fast Reactor System (GFR) ;
  • le réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) ou Sodium-cooled Fast Reactor System (SFR) ;
  • le réacteur à neutrons rapides à caloporteur alliage de plomb (RNR-Pb), ou Lead-cooled Fast Reactor System (LFR).

Les autres réacteurs à l’étude sont :

  • le réacteur à très haute température, refroidi à l’hélium (RTHT) ou Very High Temperature Reactor System (VHTR) ;
  • le réacteur à eau supercritique (RESC) ou Supercritical Water-cooled Reactor System (SCWR) ;
  • le réacteur à sels fondus (RSF) ou Molten salt reactor system (MSR).

Les RNR à caloporteur sodium sont actuellement les plus avancés des réacteurs de 4e génération. Ils fonctionnent en tant que réacteurs de recherche en Chine, en Inde, en Russie et au Japon et à l’échelle industrielle en Russie (BN-600 & BN-800). En France, trois réacteurs de recherche RNR-Na ont fonctionné : Rapsodie de 1967 jusqu’à 1983, Phénix de 1973 à 2010 et Superphénix de 1986 à 1996.

La filière des réacteurs à neutrons rapides est prometteuse car elle optimise la fission de l’uranium et permet un multi-recyclage avancé du combustible. Si ces réacteurs venaient à remplacer ceux existants, le combustible usé stocké à l’échelle mondiale suffirait pour les alimenter pendant plusieurs siècles.

A noter que certains réacteurs de 4e génération pourraient se déployer en tant que petits réacteurs modulaires (SMR). Des start-ups américaines travaillent notamment sur ce concept pour des petits réacteurs à sel fondus.

20
c’est le nombre d’années de recherche pour la conception d’un réacteur nucléaire, avant même sa construction

Une rupture technologique

Les bases de la réflexion sur des systèmes nucléaires avancés dits de 4e génération ont été jetées par le Forum international génération IV (GIF), association intergouvernementale lancée en 2000 à l’initiative des États-Unis. Quatorze pays ont participé au Forum en 2019, contre neuf lors de sa fondation. Toutefois, dix pays seulement ont signé le « Framework agreement » (Accord-cadre) définissant les règles juridiques de collaboration car, pour des raisons historiques ou de choix technologiques, l’implication de chaque pays dans ces concepts demeure variable. Différentes technologies sont déjà à l’étude pour succéder aux réacteurs actuels (les réacteurs de Génération II, actuellement en fonctionnement et ceux de Génération III, comme l’EPR). La conception d’un réacteur nucléaire nécessite en effet des années de recherche (environ 20 ans voire plus si la maturité du concept est faible) avant même d’initier le processus de sa construction.