De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

pour comparer précisément les deux cycles uranium et thorium, mais il s’agit ici d’un
avantage intrinsèque au cycle thorium.
4.3.2 L’inventaire total de matière fissile
Il faut maintenant tenir compte du retraitement du combustible. En effet, lorsqu’on laisse le
combustible en cœur, la masse de matière fissile reste constante, mais la matière fertile
disparaît petit à petit, et les produits de fission s’accumulent dans le réacteur. De plus, les
matériaux de structure sont irradiés de neutrons, et perdent petit à petit leurs propriétés
mécaniques. Il faut donc régulièrement retraiter le combustible. Le retraitement consiste à
extraire les produits de fission et remplacer la matière fertile consommée. De plus, on change
les gaines du combustible. Pendant qu’un cœur de réacteur est retraité, il ne peut être utilisé
pour produire de l’énergie. Il faut donc bien prendre en compte ce paramètre pour calculer
l’inventaire total de matière fissile nécessaire au fonctionnement d’un réacteur de 1GWe,
supposé fonctionner en continu. Pour cela on introduit T irr et T ret , respectivement les temps
d’irradiation (production d’énergie) et de retraitement. Le temps de retraitement comprend un
temps de refroidissement préalable du combustible, nécessaire afin de pouvoir intervenir
dessus, un temps de retraitement proprement dit où les différentes matière sont séparées, et un
temps pour fabriquer le nouveau combustible avec des gaines neuves. Typiquement, il faudra
de 5 à 10 ans avec les techniques actuelles pour retraiter un combustible issu d’un réacteur à
neutrons rapides (RNR), alors que le temps d’irradiation sera de l’ordre de 5 ans.
L’inventaire total de matière fissile s’écrit donc :
I
tot
= I
c
T
irr
+ T
T
irr
ret
Donc si on prend un temps de retraitement de 5 ans et un temps d’irradiation de 5 ans, il
faudra 2 cœurs pour faire fonctionner un réacteur en continu. Ceci double donc l’inventaire
total de matière fissile nécessaire pour démarrer un RNR.
Les concepts de RNR les plus aboutis aujourd’hui demandent un inventaire total de l’ordre de
10 à 12 tonnes de plutonium. Il s’agit de RNR refroidis au sodium, utilisant un combustible
oxyde. Le type de retraitement envisagé est un retraitement par voie aqueuse, tel qu’il est
pratiqué aujourd’hui à l’usine de La Hague pour retraiter les combustibles UOX des réacteurs
REP. Les cycles d’irradiation seraient de 5 ans environ, et le temps de refroidissement
nécessaire de 5 ans, et le temps de séparation/fabrication de 2 ans environ ; on aurait donc un
temps de retraitement total T irr de 7 ans environ. Réduire significativement ce temps de
retraitement demanderait de pouvoir intervenir sur des combustibles plus chauds, ce qui est
difficile avec les méthodes aqueuses actuelles. La voie de la pyrochimie, et de la
pyrométallurgie est explorée, mais demande encore beaucoup d’effort avant d’atteindre la
maturité industrielle.
Les RNR refroidis au plomb sont très semblables aux RNR sodium en termes d’inventaire de
matière fissile. En revanche, les RNR refroidis au gaz présentent des différences notables. Le
gaz pouvant extraire moins d’énergie thermique que le sodium (la quantité de matière au
contact des barreaux de combustible est moins importante), la densité de puissance du
réacteur (W/cm 3 de combustible) est réduite. Mais le temps d’irradiation peut être allongé, et
la température atteinte par le gaz en sortie de cœur peut être plus grande que celle atteinte par
le sodium, le rendement thermique peut donc être amélioré ; ces deux paramètres tendent à
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