Dans le cadre du Forum International Génération IV, douze pays et l'Union européenne ont décidé de développer en commun une nouvelle génération de centrales nucléaires. Aussi va-t-il falloir faire émerger d'indispensables outils de R&D comme le RJH dont la première pierre vient d'être posée.
Article rédigé par Jean-François Desessard.
Focus :
Forum International Generation IV
Lancé en 2000 par le Department of Energy (DOE) américain, le Forum InternationalGénération IV (GIF) est né de la volonté de créer un cadre de R&D international capable de catalyser les efforts de recherche menés par différents pays pour faire émerger plus rapidement les technologies les plus performantes. Douze pays (Afrique du Sud, Argentine, Brésil, Canada, Chine, Corée du Sud, Etats-Unis, France Japon, Royaume-Uni, Russie) et l'Union européenne y ont adhéré.
Les six filières de systèmes nucléaires du futur
Le Forum International Génération IV a retenu six filières de systèmes nucléaires du futur :
- VHTR (Very High Temperature Reactor system), réacteur à très haute température (1.000/1 200 °C), refroidi à l'hélium, dédié à la production d'hydrogène ou à la cogénération hydrogène/électricité ;
- GFR (Gas-cooled Fas Reactor system) ou RNR gaz, réacteur à neutrons rapides à caloporteur hélium ;
- SFR (Sodium-cooled Fast Reactor system) ou RNR Na, réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium ;
- LFR (Lead-cooled Fast Reactor system), réacteur à neutrons rapides à caloporteur alliage de plomb ;
- SCWR (Supercritical Water-Cooled Reactor system), réacteur à eau supercritique ;
- MSR (Molten Salt Reactor system), réacteur à sels fondus.
Précisons que ces systèmes, dont quatre d'entre eux ont déjà fait l'objet d'accords de coopération, autorisent également d'autres applications que la production d'électricité, telles que la production d'hydrogène, de chaleur pour l'industrie ou le dessalement de l'eau de mer.
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Prévu par certains experts depuis déjà plusieurs années, le redémarrage du nucléaire dans le monde semble aujourd'hui se confirmer. Dans un contexte où la consommation d'énergie entre 2002 et 2030 pourrait augmenter de 63% selon l'AIE, alors que dans le même temps les réserves d'énergies fossiles devraient diminuer significativement sur fond de réchauffement climatique, le nucléaire paraît être en effet l'incontournable élément du "bouquet énergétique" de demain. Aussi douze pays et l'Union européenne ont décidé de développer en commun une nouvelle génération de centrales nucléaires dans le cadre du Forum International Génération IV. D'où la nécessité de faire émerger les indispensables outils de R&D et, parmi ceux- ci, le réacteur de recherche RJH - réacteur Jules Horowitz - qui rassemble d'ores et déjà huit partenaires européens, et dont les premiers travaux de construction viennent de débuter, sa mise ne service étant prévue pour 2014.
Dispersées dans le monde entier, les installations regroupées sous l'appellation "réacteurs de recherche" constituent une vaste nébuleuse. Au sein de celle-ci, seule une minorité de ces réacteurs, disposant d'une puissance raisonnable, est en activité et bénéficie d'un budget de fonctionnement. Certains d'entre eux, implantés notamment en Europe, qui abrite dans ce domaine quelques installations majeures, comme l'ILL (Institut Laue-Langevin) à Grenoble, Orphée à Saclay ou encore FRM2 (Forschungsreakto Munchen 2), plus récent, à l'Université Technique de Bavière, à Garching, en Allemagne, sont optimisés pour réaliser des travaux de physique fondamentale. Beaucoup d'autres sont des réacteurs dits multipurpose, leur utilisation permettant de répondre à la fois aux demandes de la physique fondamentale et de l'industrie nucléaire. Certains de ces réacteurs "multipurpose" ont récemment été mis en fonction hors de l'Europe, comme Hanaro en Corée du Sud ou encore OPAL (Open Pool Australian Light) de l'ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation). Pour autant, ces réacteurs, s'ils permettent parfois de mener des expériences de même nature que celles qui sont réalisées dans Osiris - réacteur de recherche situé à Saclay dont l'essentiel des activités des de répondre à la demande des industriels du secteur nucléaire - n'ont pas vocation à être couplés au monde industriel.
Tout au plus une dizaine de réacteurs pour préparer l'avenir
Finalement, cette nébuleuse compte tout au plus une dizaine de réacteurs de recherche dont les activités sont menées au profit des Pouvoirs publics et des industriels. Six d'entre eux sont localisés en Europe. Ainsi à côté d'Osiris, mis en service il y a 41 ans, ce qui en fait le plus jeune, et dont la puissance de 70 MWth en fait également le plus puissant, on dénombre le BR2 à Mol, en Belgique, le HRF à Petten, en Hollande, le HRP à Halden, en Norvège, le LVR15 à Rez, en République tchèque, enfin le R2 à Studsvik, en Suède, mis à l'arrêt courant 2005. Datant des années soixante, la plupart de ces réacteurs devraient être mis progressivement à l'arrêt à partir de la prochaine décennie.
Il reste à ajouter à cette liste le Canadien NRU, l'Américain ATR et le Japonais JMTR. Basé dans les Laboratoires de Chalk River, le NRU produit principalement des isotopes médicaux utilisés dans 16 millions de traitements de cancers et 5 millions de scintigrammes médicaux par an, mais vient également en support de l'industrie pour développer des combustibles et des matériaux destinés aux centrales nucléaires du Canada. Rappelons que le physicien canadien Bert Brockhouse, prix Nobel de physique, y a mené un travail de précurseur en utilisant la diffusion des neutrons pour explorer des matériaux. Pour autant, ce réacteur va fêter cette année ses cinquante ans de bons et loyaux services. Aussi les Canadiens l'arrêteront-il quand ils pourront enfin mettre en service son successeur qui tarde à venir.
Réacteur de recherche de l'Idaho National Engineering and Environmental Laboratory (INEEL), l'ATR (Advanced Test Reactor), qui, pour sa part, deviendra un jeune "quadra" en 2007, réalise environ 90% de ses recherches dans le cadre du programme de propulsion naval américain. D'une puissance de 250 MWth, ce qui en fait le réacteur le plus puissant au monde, cette machine originale permet néanmoins de répondre aussi à la demande de l'industrie nucléaire américaine, même si aujourd'hui la grande majorité des activités liées au nucléaire civil de ce pays est menée en Europe.
De son côté, le Japon, avec le JMTR (Japan Materials Testing Reactor), connaît une situation proche de celle de la France avec un Osiris vieillissant et le projet RJH (réacteur Jules Horowitz). Ainsi un débat, initié il y a déjà plusieurs années, se poursuit actuellement autour du JMTR pour savoir s'il faut prescrire une cure de jouvence à ce réacteur mis en service dans le courant des années soixante, ou l'arrêter définitivement et décider de la construction d'un nouveau réacteur. Pour l'heure, rien n'est encore décidé, mais 200 millions d'euros pourraient être injectés pour procéder à un rajeunissement du JMTR. "Dans un contexte de redémarrage mondial du nucléaire, la décision de mettre sous perfusion de vieux réacteurs de recherche pour gagner dix ans supplémentaires, peut apparaître comme un risque majeur. Car le problème du renouvellement de ces machines risque alors de se poser au moment même où un besoin urgent de ces nouveaux outils se fera sentir. D'où la nécessité d'anticiper ce qui nous a conduit en Europe à opter pour le lancement, dès 2007, de la construction du RJH", explique Daniel Iracane, directeur du programme RJH, qui précise que les Japonais disposent par ailleurs d'un accès aux infrastructures françaises.
Quid de la Russie, de la Chine et de l'Inde ?
On ne peut évidemment pas esquisser une cartographie des forces en présence dans le domaine des réacteurs de recherche nécessaires à l'émergence et au développement de la Génération IV sans évoquer, d'une part la situation en Russie, d'autre part celle de pays émergents comme la Chine et l'Inde. Certes, la Russie apparaît comme une véritable "caverne d'Ali Baba" de réacteurs de recherche performants qui représentent l'héritage technologique de l'ex-URSS. Est-ce pour autant que ces outils sont encore capables aujourd'hui de répondre à la demande des industriels du secteur nucléaire ? Il semble difficile de le croire, ce pays au fort potentiel technologique ne disposant plus actuellement des moyens nécessaires à la réalisation de ses ambitions.
La situation que connaît la Chine est diamétralement opposée à celle de la Russie. Pour ce pays qui est un véritable "espace pionnier", il s'agit avant tout d'appliquer une politique industrielle consistant, en particulier, à s'équiper en centrales nucléaires en achetant des réacteurs soit à Westinghouse, soit à Areva. Ainsi les autorités chinoises envisagent de construire 20 à 30 réacteurs nucléaires d'ici 2020. Autrement dit, le principal chantier de la Chine d'aujourd'hui dans le domaine nucléaire est d'internaliser des compétences et non de construire un réacteur de recherche pour tester des solutions innovantes ou chercher à optimiser celles qui existent. En fait, le nucléaire civil chinois traverse aujourd'hui une situation proche de celles des Etats-Unis et de la France au cours des années 60 et 70. Rappelons qu'à cette époque, cinq ans suffisait pour construire un réacteur de recherche !
Si de son côté, l'Inde prévoit de construire 10 à 20 réacteurs nucléaires d'ici 2020, la situation qu'elle traverse est très différente de celle de son grand voisin du nord. En raison de l'isolement qu'il a connu suite au black-out imposé par le problème de la prolifération nucléaire, ce pays est aujourd'hui une sorte de "terra incognita" où ont été menés néanmoins des travaux intéressants. "Aussi est-il important de se rapprocher de ces équipes qui ont beaucoup mûries dans certains domaines de la recherche nucléaire, alors que, curieusement, elles n'ont pas véritablement progressées dans d'autres domaines comme celui des réacteurs de recherche", constate le directeur du programme RJH. D'où l'intérêt de ces scientifiques indiens pour les travaux menés en Europe, et plus particulièrement en France, et leur volonté d'établir des liens avec les équipes européennes et d'accéder à terme aux réacteurs de recherche européens.
Une démarche tout à faire originale dans le domaine de la fission
Dans ce contexte, le RJH, dont la première pierre a été posée le 19 mars dernier à Cadarache, apparaît véritablement comme le seul réacteur de recherche de seconde génération. Neuf partenaires (le CEA, les instituts de recherche belge, tchèque, néerlandais, finlandais et japonais, EDF, le groupe Areva et le Centre commun de recherche au titre de la Commission européenne), sont impliqués dans ce grand projet qui représente un investissement de 500 millions d'euros, dont le financement est assuré à 50% par le CEA, à 20% par les partenaires européens et internationaux, à 20% également par EDF, les 10% restants l'étant par Areva. "Le financement, et plus généralement, l'exploitation du RJH, basé sur une règle de partage, constitue une démarche tout à fait originale dans le domaine de la fission nucléaire, du moins en Europe. C'est extrêmement structurant", s'enthousiasme Daniel Iracane. Jusqu'à présent en effet, chaque pays disposait de son réacteur de recherche et de ses programmes de R&D.
C'est donc à l'horizon 2014 que cette nouvelle machine sera mise en service. Dans le cadre des développements de la Génération IV (voir "Forum International Generation IV" ci-contre), des combustibles innovants, capables de résister à des températures élevées et des flux de neutrons importants, y seront testés. Ce réacteur permettra également de mettre au point de nouveaux matériaux résistants à de hautes températures mais aussi à une irradiation accrue liée au flux neutronique plus intense des réacteurs à neutrons rapides. Car parmi les six filières de systèmes nucléaires du futur qui ont été retenues par le Forum International Génération IV, le CEA a choisi de faire porter principalement ses efforts sur deux systèmes de réacteurs à neutrons rapides : le réacteur rapide refroidi au sodium (RNR-NA) et le réacteur rapide refroidi au gaz (RNR-G), de l'hélium en l'occurrence. Parallèlement à ces travaux menés dans le cadre des développements de la Génération IV, le RJH aura pour mission d'accompagner l'existant, tant au niveau des combustibles que des matériaux, l'objectif étant d'optimiser la sûreté des centrales nucléaires en service. (voir "Les six filières de systèmes nucléaires du futur" ci-contre).
Mais entre ces deux extrémités que sont la Génération IV et le parc nucléaire existant, il y aussi les réacteurs de troisième génération qui, soulignons-le, vont fonctionner durant tout le XXIe siècle. Or c'est sur cette génération que vont s'affronter industriels et électriciens. Certes, l'EPR de Flamanville ne nécessitera pas l'appui du RJH. En revanche, il n'en sera pas de même pour les réacteurs de troisième génération qui seront construits par la suite. On assiste d'ores et déjà à de grandes manoeuvres industrielles. Ainsi Westinghouse se rapproche de Toshiba alors que Mitsubishi en fait de même avec Areva. Dans ces conditions, quand le redémarrage du nucléaire sera confirmé et que le marché connaîtra une nouvelle embellie, la R&D redeviendra un facteur de compétitivité économique. Véritable "boîte à outils", le RJH sera alors un formidable support aux Pouvoirs publics et à l'industrie nucléaire aux Pouvoirs publics et à l'industrie nucléaire.
