Réacteur nucléaire
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Classification des réacteurs nucléaires - Notion de filière de réacteurs nucléaires (Types de réacteurs nucléaires)

Filière de réacteurs nucléaires

On regroupe sous le label "filière de réacteurs (nucléaires)" l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...) des conditions techniques qui permettent d'obtenir la réaction nucléaire (Une réaction nucléaire est une transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques, elle se distingue d'une réaction chimique qui concerne les électrons ou les liaisons entre les atomes. Dans une réaction...) de fission en chaine et la contrôler

Les différents types de réacteurs existants dans le monde (Le mot monde peut désigner :) suivant les différentes applications (le type de réacteur (Un réacteur peut désigner :) est attaché à un constructeur donné) sont ainsi regroupés par "filière (Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat: la filière administrative.) de réacteurs"; filières nucléaires)

Une filière de réacteur est ainsi caractérisée par:

  • la nature du combustible :
    • oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) d'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou...) naturel, plus ou moins enrichi,
    • mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) d'oxydes uranium-plutonium,
    • thorium, etc.
  • la nature du modérateur pour les réacteurs à neutrons thermiques :
    • eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.),
    • eau lourde (L'eau lourde est de l’oxyde de deutérium (formule : D2O ou 2H2O). Chimiquement, elle est identique à l’eau normale (H2O), mais les atomes d’hydrogène dont elle...),
    • graphite
    • ou de son absence dans le cas d'un réacteur à neutrons rapides,
  • la nature du fluide caloporteur :
    • eau pressurisée,
    • eau bouillante,
    • gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...),
    • métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux sont un des...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) (sodium)
    • ou sels fondus.

Une filière de réacteurs représente un ensemble de choix technologiques qui sont très lourds de conséquences et très engageants sur la longue période, par exemple :

  • d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) technique, il existe beaucoup plus de points communs entre deux réacteurs de la même filière construits par deux constructeurs différents dans des pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas...) différents et donc autorisés d'exploiter par des autorités de sûreté différentes qu'entre deux réacteurs de filières différentes construits par le même constructeur dans le même pays (par exemple, les réacteurs russes VVER sont beaucoup plus proches des PWR tels que développés en France que des réacteurs graphite-gaz)
  • d'un point de vue stratégique social ou économique, si un constructeur ou un pays a fait le choix d'une filière de réacteurs, il lui sera très difficile d'en changer ultérieurement.


Le cycle du combustible nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) est défini par les trois paramètres liés à la filière de réacteurs (combustible nucléaire, modérateur, caloporteur).

Par abus de langage, on emploie l'expression filière des réacteurs à eau pressurisée (au sujet des réacteurs), en incluant implicitement les phases amont et aval du cycle. L'expression cycle du combustible nucléaire évoque explicitement toutes les phases.

Filières «thermiques» et filières «rapides»

On regroupe généralement les filières de réacteurs en deux groupes principaux qui se distinguent principalement par la voie choisie pour obtenir les conditions de criticité dans le cœur du réacteur, il y a donc ainsi :

  • les filières dites «thermiques» (on dit aussi modérées) qui mettent en œuvre la grande capacité des neutrons de faible énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (neutrons à l'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique...) à l' équilibre avec le milieu = 0,45 keV) à provoquer la fission de l'uranium 235 et du plutonium (Le plutonium est un métal lourd de symbole chimique Pu et de numéro atomique 94, très dense — approximativement 1,74 fois plus lourd que le plomb — radioactif et toxique, découvert aux...) 239; ces filières comportent donc toutes un modérateur destiné à ralentir par chocs successifs les neutrons issus des fissions (émis avec une énergie de l' ordre de 2 MeV) au niveau thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des...) sans les absorber
  • les filières dites «rapides» qui ne mettent pas en œuvre de modérateur en tant que tel mais visent à concentrer davantage la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) fissile de façon à obtenir les conditions de criticité en neutrons « rapides » issus des fissions sans ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) (ou alors très faible). L'intérêt principal des filières et réacteurs rapides provient de ce que :
    • le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens...) de neutrons rapides nécessaire pour réaliser la criticité est alors beaucoup plus élevé que le flux thermique équivalent d'un réacteur thermique
    • ce surcroît de flux rapide peut donc être mis à profit pour augmenter le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture...) non génératrices de fissions crées dans des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) lourds fertiles disposés en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une...) du cœur proprement dit
Ces dispositions permettent ainsi de convertir les atomes lourds non fissiles (uranium 238 principalement et aussi thorium 232) en atomes fissiles plutonium 239 et uranium 233. Le réacteur est alors dit "surgénérateur" : en fin de vie (La vie est le nom donné :) du cœur, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'atomes fissiles présente est supérieure à celle initialement installée dans le cœur du réacteur (avec la remarque complémentaire que dans le cas du thorium l’obtention de la surgénération (La surgénération ou surrégénération est la capacité de certains réacteurs nucléaires à produire plus de matières fissiles qu'ils n'en consomment en transmutant des isotopes fertiles en isotopes fissiles.) est quasiment faisable en neutrons thermiques ou à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le moins fortement ralentis).

Réacteurs d'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de...) ou de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...)

Ces réacteurs sont atypiques, dans la mesure où ils ne sont pas optimisés pour la production d'énergie.

Les réacteurs d'irradiation servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à la production de neutrons libres, qui permet la création d'isotopes radioactifs, utilisés pour la recherche et en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement...). Un réacteur en fonctionnement produit de l'ordre de 1.6 Mole de neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les...) par méga-Watt thermique et par an, ce qui permet (par activation (Activation peut faire référence à :) neutronique) de produire une quantité d'isotopes du même ordre de grandeur (mais le rendement réel est nettement inférieur). Dans la mesure où l'on ne cherche pas à optimiser le rendement thermique de tels réacteurs, leur température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) et pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de fonctionnement peut être maintenue à des valeurs très faible (pression atmosphérique et moins de 100 °C), ce qui en simplifie beaucoup la conception.

Les réacteurs de recherche peuvent avoir des destinations très variées. Ils peuvent être conçus pour étudier le comportement de la matière sous flux neutronique, ou le comportement du réacteur lui-même dans des situations atypiques (transitoires de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :), excursions de criticité, fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à...) de coeur,...) qu'il serait évidemment dangereux de produire dans des réacteurs industriels.

Générations de réacteurs nucléaires

Outre le regroupement technique et technologique évoqué ci-dessus une autre classification est apparue assez récemment voulant classer les réacteurs nucléaires par générations, correspondant chacune à des évolutions technologiques.

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