T&E – Comment fonctionnent les réacteurs à neutrons rapides par rapport aux réacteurs «classiques » à neutrons lents?
J.G. – Lorsque la réaction nucléaire se produit, la fission des atomes, elle provoque des émissions de neutrons qui créent la réaction en chaîne. Il faut qu’il y ait suffisamment de neutrons pour qu’ils aillent casser d’autres atomes et entre- tenir la réaction en chaîne qui produit alors une énergie considérable. Ces neutrons issus de la fission sont émis à haute énergie. Ils se déplacent à des vitesses très élevées. Elles se chiffrent en milliers de kilomètres par seconde.
Pour des raisons physiques sur lesquels je ne vais pas m’étendre, entretenir une réaction en chaîne avec de l’uranium naturel nécessite de ralentir les neutrons. On ajoute donc dans les réacteurs à uranium des particules, notamment de l’hydro- gène, contre lesquelles les neutrons rapides vont buter et se ra- lentir comme des boules de billard qui en heurtent les unes aux autres. Ils deviennent alors des neutrons lents.
Dans les réacteurs à neutrons rapides, ils ne sont pas ralentis volontairement pour contrôler la réaction en chaîne. Cela signifie qu’ils ont plus d’énergie. Il faut au début plus de matériau fissile pour amorcer la réaction. On n’utilise pas de l’uranium enrichi à 3,5%, mais du plutonium. Il est associé à de l’uranium appauvri, ayant déjà été utilisé comme combustible. Au bout d’un certain temps, la réaction crée plus de plutonium qu’elle n’en consomme en transformant l’uranium appauvri. On appelle cela la surgénération.
Au bout d’un certain temps, vous n’avez donc plus besoin de plutonium et vous ne consommez que de l’uranium appauvri qui provient des déchets des réacteurs à eau pressurisée existants. Vous ne consommez que les déchets.
-Il s’agit du principal avantage du réacteur à neutrons rapides?
-Oui. Nous avons actuellement en France 340.000 tonnes d’uranium appauvri et nous en ajoutons 7.000 tonnes de plus tous les ans. Il est très peu radioactif car il a été appauvri et très facile à stocker. C’est disponible. C’est gratuit. Le plutonium, c’est pareil. On en produit 10 tonnes par an à la Hague dans l’usine de retraitement. Nous avons en stock environ 200 tonnes de ce plutonium qui n’est pas un plutonium militaire. Les militaires n’en veulent pas parce qu’il est plein d’isotopes très gênants, en quelque sorte il est sale.
Cela signifie qu’on a à disposition tous les matériaux pour faire fonctionner des réacteurs à neutrons rapides dont on ne sait pas quoi faire. Vous mettez 20 % de ce plutonium et 80% d’uranium appauvri et votre réacteur démarre et tous les ans il faut rajouter de l’uranium appauvri pour maintenir la réaction. C’est cela un réacteur à neutrons rapides.
Cette technologie est maîtrisée, le réacteur expérimental français Phénix a fonctionné pendant 35 ans. Elle est la seule capable de garantir la fourniture d’énergie nucléaire issue de la fission sur une échelle de temps qui se compte en milliers d’années.
Un réacteur rapide de 1 GW va consommer une tonne d’uranium appauvri par an. La France a aujourd’hui une puissance nucléaire installée de 63 GW. Pour produire 63 GW tous les ans avec des réacteurs à neutrons rapides, il faudrait y mettre 63 tonnes d’uranium appauvri. Avec les réacteurs à neutrons rapides, nous avons des milliers d’années de production devant nous en utilisant des déchets. On n’a plus besoin de mines d’uranium. On n’a plus besoin d’usines d’enrichissement. Les rapides enfin sont capables d’incinérer tous les déchets radioactifs à vie longue et ne laissent qu’une petite quantité de déchets à vie courte, de l’ordre de 300 ans et plus des milliers d’années.
L’autre avantage du réacteur à neutrons rapides est qu’il n’est pas refroidi par un système complexe d’eau pressurisée à très haute pression. S’il y a un incident, vous pouvez avoir un accident grave. Le rapide est refroidi par un métal, le sodium liquide. Cela pose des problèmes techniques, mais pas de problèmes de sûreté des installations. On peut monter à des températures élevées (550 degrés Celsius) sans monter en pression le système de refroidissement. Même des fuites de sodium ne conduisent pas à une perte de réfrigérant et à un risque de fusion du cœur du réacteur.
-Dans ces conditions, comment expliquer que les réacteurs à neutrons rapides qui ont été développés dans le monde à partie des années 1950 ne se soient pas multipliés?
-Il faut savoir que les premiers réacteurs créés étaient des rapides parce qu’il est plus facile de les fabriquer. Très vite les pays nucléarisés ont construit des prototypes de réacteur rapides à métal liquide et ont convergé sur l’utilisation du sodium. L’Angleterre, l’Allemagne, la France, les États-Unis, et l’URSS d’abord. Plus tard, l’Inde, la Chine, le Japon et la Corée du Sud.
Les réacteurs à eau pressurisée se sont imposés pour des raisons économiques. Parce qu’il s’agissait d’un modèle que les Américains ont adopté au début de la guerre froide sur leurs sous-marins nucléaires. Les Russes eux avaient au début choisi des réacteurs rapides refroidis au plomb, mais ils ont eu de gros problèmes de corrosion et les ont abandonné. Aux États-Unis, Westinghouse, qui avait développé le «petit» réacteur à eau pour les sous-marins, l’a agrandi et transformé pour produire de l’électricité civile en grande quantité. L’avantage est qu’il était compact ce qui permettait de réduire son coût de production. La puissance industrielle et commerciale des États-Unis a fait le reste et ce modèle à eau pressurisée s’est imposé sur toute la planète y compris en France.
-Pourtant, la France comme d’autres pays a continué à étudier et développer des réacteurs à neutrons rapides pendant 70 ans, jusqu’à l’arrêt en catimini du programme Astrid par Emmanuel Macron en août 2019.
-La France a construit un premier réacteur rapide expérimental baptisé Rapsodie à la fin des années 1960. Dans la foulée, un démonstrateur industriel, Phénix, d’une puissance de 250 MW a été construit. Je l’ai dirigé pendant plusieurs an- nées. Il a été arrêté en 2009 mais sur le plan technique pouvait parfaitement continuer à fonctionner. Il y a eu en parallèle Superphénix (voir l’image ci-dessus), un projet européen mené par la France avec l’Italie et l’Allemagne, un réacteur de 1,2 GW, qui a été stoppé pour des raisons politiques par le gouvernement de Lionel Jospin en 1997. La France avait à cette époque tous les atouts pour être le numéro un mondial dans ce domaine.
Et puis il y a eu le projet Astrid, de 600 MW, arrêté donc par le gouvernement en 2019. Aujourd’hui, seuls les Russes ont deux réacteurs rapides refroidis au sodium qui fonctionnent, le BN600 de 600 MW et le BN800 de 800 MW qui se trouvent à Beloyarsk. Les Russes ont aujourd’hui une avance technique certaine. D’ailleurs, la Chine construit deux réacteurs rapides de 600 MW avec l’aide russe.
L’échec commercial des rapides s’explique avant tout pour des raisons financières. Ils sont plus chers à fabriquer, au moins 30%, et moins développés sur le plan industriel. L’uranium est disponible à bas prix. Le coût de l’ensemble réacteur rapide, usine de fabrication du combustible et usine de retraitement est plus élevé que le coût d’un réacteur à eau pressurisée.
Les rapides ne présentent un grand intérêt que si on dispose d’usines de retraitement opérationnelles et de déchets pour fermer le cycle du combustible. C’est-à-dire pour utiliser et éliminer l’essentiel des déchets.
L’avenir appartient pour autant très certainement aux rapides mais pas à court ni à moyen terme. Et vraisemblablement avec un refroidissement aux sels fondus qui présente encore plus d’avantages en terme de sûreté. Mais tant que l’uranium sera relativement bon marché, la motivation pour passer aux neutrons rapides ne sera sans doute pas suffisante.
Propos recueillis par Éric Leser
