Les fluides caloporteurs pour réacteurs à neutrons rapides

Sous la direction de Robert Dautray, Yves Bréchet et Jacques Friedel

Cet ouvrage présente, de manière condensée, la substance d’une réunion de deux jours, organisée les 19 et 20 février 2013 par l’Académie des sciences sur l’emploi des fluides caloporteurs dans les réacteurs à neutrons rapides de IVe Génération.

Ce type de réacteur doit fissionner tous les noyaux d’uranium et pas seulement la fraction minime d’uranium 235 des réacteurs des générations précédentes. Il doit ainsi travailler dans des conditions plus extrêmes, pour entraîner les produits de fission hors du combustible et transformer cette énergie de fission en chaleur à l’aide d’un fluide caloporteur. Cette chaleur à haute température sera finalement transformée en énergie consommable sous forme d’électricité ou de travail mécanique.

Le choix d’un fluide caloporteur approprié conduit au développement de réacteurs de caractéristiques différentes. C’est ce qui explique que, dans l’histoire déjà longue et complexe de cette question, plusieurs solutions aient été envisagées et plus ou moins développées, en France comme au niveau international.

L’Académie des sciences, en collaboration avec des membres de l’Académie des technologies, a estimé souhaitable de faire un état des lieux aussi complet et précis que possible. Elle s’est assurée la participation essentielle des spécialistes les plus compétents dans les secteurs actuellement les plus actifs.

Après avoir présenté le cadre général du problème posé au point de vue scientifique technique et industriel, ce texte analyse quatre types de solutions, qui concernent les métaux liquides, les gaz et les sels fondus. Il souligne finalement les problèmes communs à ces solutions, mais aussi les caractéristiques différentes auxquelles elles conduisent, notamment en ce qui concerne la taille et le régime thermique des réacteurs. L’ouvrage est complété par un CD rom contenant l’ensemble des présentations scientifiques effectuées.

Programme scientifique

Introduction du séminaire – Robert Dautray

1. Exposés introductifs

1.1. Les options de fluide caloporteur et les types de réacteurs – Franck Carré (CEA)

1.2. Les problèmes scientifiques et techniques – Robert Dautray, Yves Bréchet (Académie des sciences)

1.3. Le cahier des charges intégrant notamment les aspects industriels – François Gauché (CEA)

2. Sodium

2.1. Incidence du choix du sodium sur la conception et le fonctionnement du réacteur. Coexistence de l’eau et du sodium, contrôle préventif des fuites et options possibles pour les échangeurs de chaleur – Guillaume Rodriguez (CEA)

2.2. Les problèmes liés au sodium dans le cœur du réacteur, les impuretés, les produits de corrosion et leur devenir sous irradiation. Physicochimie de l’interface sodium/matériaux de structure. Sûreté – Christian Latgé (CEA)

2.3. Retour d’expérience de Phénix et Superphénix – Jean-François Sauvage (EDF)

3. Plomb

3.1. Incidence du choix du plomb ou de ses alliages sur la conception et le fonctionnement du réacteur. Incidence particulière sur la puissance unitaire. Comparaisons avec le sodium du point de vue de la thermique et de la mécanique des fluides. Viscosité. Pertes en charge. Capacité calorifique. Maintenance, ISIR, radioprotection (Po-210). Sûreté – Pietro Agostini (ENEA)

3.2. Technologies de mise en œuvre du plomb comme fluide caloporteur : pompes, tuyauteries, retour d’expérience de Russie – Vladimir Ulyanov (IPPE Obninsk)

3.3. La chimie du plomb, interaction et corrosion avec les matériaux de gainage, avec les matériaux des tuyauteries. Physicochimie de l’interface plomb/matériaux de structure – Thierry Auger (ECP)

4. Sels fondus

4.1. Incidence du choix des sels fondus sur la conception et le fonctionnement du réacteur. Échangeurs de chaleur et fluide intermédiaire. Sûreté – Daniel Heuer (CNRS)

4.2. Technologie de mise en œuvre du sel comme fluide combustible et caloporteur : pompes, purge, nettoyage du sel, capteurs et maintenance – Véronique Ghetta (CNRS)

5. Hélium

5.1. Retour d’expérience sur l’utilisation des gaz et de l’hélium en particulier comme fluide caloporteur – Evaldas Bubelis (KIT)

5.2. Interaction avec les matériaux, spécificités des hautes températures. Physicochimie de l’interface hélium/matériaux de structure – Céline Cabet (CEA)

5.3. Incidence du choix du gaz, hélium en particulier, sur la conception et le fonctionnement du réacteur. Sûreté – Jean-Claude Garnier (CEA)

6. Questions fondamentales sur l’interface fluide/solide

6.1. Contact inerte : apport des approches atomiques sur le liquide au contact du solide cristallin, conséquences possibles – Élisabeth Charlaix, Jean-Louis Barrat (UJF) et Lyderic Boquet (ENS- Lyon)

6.2. Contact réactif : dissolution et réaction, fluide métallique ou gaz suivant la priorité identifiée – Evgueny Glickman (Israël)

7. Questions liées à la réalisation

7.1. Fabrication et mise en œuvre : matériaux et procédés, stations pilotes de différentes tailles (cible sodium) – Claude Escaravage (Areva)

7.2. Contrôle et maintenance : instrumentation, laboratoires d’examen des équipements, aspect industriel, contrôle et maintenance (cible sodium) – Denis Buisine (EDF)

8. Contrôle et maintenance

8.1. Discussion menée par Yves Bamberger (EDF) et François Carré (CEA)

• Discussion générale sur les sessions des deux jours
• Maturité industrielle des différentes options
• Synthèse et feuille de route

8.2. Conclusions du séminaire – Yves Bréchet, Robert Dautray, Jacques Friedel, Georges Martin et André Pineau

9. Programme du séminaire des 19 et 20 février 2013