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Méthodes de simulation en physique des réacteurs. Application aux études dites de systèmes et de scénarios

Richard Chambon, LPSC Grenoble
Vendredi 6 Avril 2007 à 10h30 - Salle des Séminaires

Afin de lutter contre les gaz à effet de serre et le réchauffement climatique, l’énergie nucléaire semble une option incontournable. Par contre, à moyen ou long terme, la quantité de ressources en uranium pourrait devenir un problème. C’est donc notamment dans cette optique que sont développés les réacteurs de génération IV (Gen.IV), qui se doivent d’être à sûreté renforcée et à production de déchets réduite. Ce type de réacteur ne peut pas cependant être envisagé dans un avenir proche pour diverses raisons technologiques que nous évoquerons lors de la présentation. C’est donc dans ce contexte que des réacteurs dit de transition, génération 3/3+, pourraient être implantés. Ces réacteurs auraient pour but d’assurer la production d’énergie tout en produisant les stocks de fissiles nécessaires au déploiement des futurs réacteurs Gen.IV. Dans cette démarche, deux niveaux d’études sont requis : les études systèmes pour la conception des réacteurs, et les études de scénarios pour leur intégration dans des projets de parc nucléaire. Les études systèmes consistent essentiellement à simuler la physique du cœur. Elles permettent non seulement de caractériser le comportement du réacteur en opération et en cas d’accident, mais aussi de suivre la composition du combustible. Pour ce faire, deux approches de simulation sont envisagées : les méthodes probabilistes d’une part, et déterministes d’autre part. Chacune est employée dans une optique spécifique : l’approche probabiliste pour les calculs de référence, et celle déterministe pour les calculs exploratoires. Nous reviendrons plus en détail sur ce point dans la présentation. Il est à noter que chaque méthode a des limites d’application et qu’elles pourraient profiter l’une de l’autre. Les réacteurs dits de transition envisageables sont basés sur les réacteurs actuels refroidis et modérés à l’eau. La principale motivation est d’obtenir des réacteurs plus performants (taux de conversion élevés) tout en utilisant l’expertise acquise et en réduisant considérablement les études et les coûts annexes nécessaires à leur implantation. Parmi les réacteurs à eau, deux grandes familles peuvent être distinguées : ceux à eau légère (type REP et REB) et ceux à eau lourde (type CANDU). Lors de la présentation, nous décrirons plus en détail les spécificités de chacun, et nous reviendrons sur plusieurs études menées actuellement au CNRS pour les faire évoluer vers des réacteurs de transition. Ces études utilisent à la fois un code probabiliste : MURE (basé sur MCNP) et un code déterministe : DRAGON. Les études de scénarios utilisent, quant à elles, les résultats des études systèmes pour déterminer le type et le nombre de réacteurs à construire en fonction du temps. Elles permettent également de prévoir l’évolution des stocks : les ressources naturelles, les combustibles appauvris, enrichis et retraités, les déchets. Suivant les technologies et les priorités retenues, le parc nucléaire peut comprendre un nombre restreint de types de réacteurs (2 à 3) ou tendre vers une symbiose de plusieurs concepts. C’est d’ailleurs dans ce cadre que des réacteurs de type ADS pourraient être retenus pour diminuer la quantité (et/ou la radiotoxicité) des déchets. La présentation est donc une vue d’ensemble des réacteurs nucléaires à eau, en partant de leur conception jusqu’à leur intégration, avec une attention particulière accordée à la transition vers les réacteurs de génération IV.