Upload
jolie-varin
View
108
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Ruptures technologiques: le rôle du nucléaire
(Idées 8 Février 2011)
Jean-Paul Langlois
Grandes caractéristiques de l’énergie nucléaire
• Energie très concentrée: (1 tonne d’Unat eq. 10 000TEP à 500 000TEP)• Marché de l’U très spécifique: 1 seul usage civil, pas de substitut et part faible
dans la valeur du produit final (5 à 10%), mais heureusement stockable.• Industrie très capitalistique• Nucléaire et nations:
– Aspects proliférants– Nécessite haut niveau technologique, réseau électrique dense, infrastructures de
contrôle et stabilité politique à long terme• Nucléaire et opinion publique
– Comportement très culturel par rapport au nucléaire électrogène• Echelle des temps:
– Cycle d’une centrale: 1 siècle– Gestion des déchets sur le long terme – Progrès technologiques lents (processus d’approbation sûreté),
» => Vision nécessaire au moins à l’échelle du siècle
Le calendrier des générations nucléaires
Generation I
Generation II
1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090
Generation III
Premières réalisations
UNGGCHOOZ
Réacteurs actuels
REP 900 REP 1300N4 (1450) EPR (1600)
Réacteurs avancés
Systèmes du futur
Generation IV
Les grands programmes dans le monde
• 1960-1980: Angleterre, USA, Canada, Allemagne, Suède
• 1970-2000: France, Japon• 2000-2020: Chine, Corée, «URSS », Inde,
Europe de l’Est• Après 2020: Chine, Inde, Europe
Production d’électricité en France depuis 1950
0
100
200
300
400
500
TWh
1950 1960 1970 1980 1990 2000
575 TWh
Hydraulique et Enr
Nucleaire
Fossiles12%
77%
11%
600
2007Source IEA
Les raisons du succès du programme nucléaire en France
• Un choc psychologique : la crise de 1973 permettant une prise de risque industriel
• Une tradition française de grands programmes nationaux centralisés (financement garanti par l’Etat, opinion publique globalement favorable)
• EDF, 1er électricien mondial et organisme d’état• Une volonté politique inscrite dans la continuité• Une filière éprouvée aux USA (PWR Westinghouse),
une industrie française performante et une R&D solide (CEA et EDF)
Quel futur en France?
Source: CEA
Chine
Des systèmes déployables à l’horizon 2040
Des atouts pour de nouvelles applications Hydrogène, eau potable, chaleur
Une R&D internationalisée
De nouvelles exigences pour un nucléaire durable
La 4ème génération : vers un nucléaire durable
Des progrès en continuité : - Compétitivité économique- Sûreté et fiabilité
Membresdu Forum
InternationalGénération
IV
Membresdu Forum
InternationalGénération
IV
U.S.A.
Argentine
Brésil
CanadaFrance
Japon
Afrique du Sud
Corée du Sud
Suisse
U.E.
Des avancées :- Minimisation des déchets- Économie des ressources- Résistance à la prolifération
Royaume Uni Russie
Cycle du combustible ouvert
Le cycle du combustible ouvert permet de définir :- l’amont : les étapes nécessaires à la fabrication du combustible à
charger en réacteur - l’aval : le devenir du combustible à la sortie du réacteur
Fabrication2,2 t U enrichi 4,5 Assemblages
Mines : 20 t U nat
Production d’électricité 1 TWhe
Enrichissement15 000 UTS 18 t U appauvri Stockage géologique
HLW 3,9 m3
Pu = 29 kg – AM = 3.5 kgU = 2030 kg
Conditionnement
Conditions d’un développement durable
• 1/ Ressources primaires en quantité suffisant et accessibles dans des conditions acceptables (économie et environnement)
• 2/Gestion acceptée des déchets
• 3/Gestion de la non prolifération
Assumptions: Energy need and nuclear capacity (source CEA-Tésé)
IIASA A2 IIASA A3 IIASA B IIASA C2
16:47 lun 10 sep 2007Page 5
2000 2030 2060 2090 2120 2150
Years
1:
1:
1:
0
5000
10000
Puissance nette totale: 1 - 2 - 3 - 4 -
1 1
1
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
44
4
4
4
Year
GWe
13:46 lun 17 aoû 2009
Untitled
Page 1
2000 2030 2060 2090 2120 2150
Years
1:
1:
1:
0
100
200
Puissance totale nette à installer: 1 - 2 - 3 - 4 -
1
1
1
1
1
22
22
2
3
3
3
3
3
4 4
4 4
4
Nuclear power to be installed (source CEA-Tésé)
Net power to be installed every year
1 : IIASA A2 2 : IIASA A3 3 : IIASA B 4 : IIASA C2
GWe Replacement of the fleet
Ressources mondiales d’uranium (Livre rouge AEN 2010)
• Ressources non classiques :–Sous-produit d’importance secondaire (associé à des phosphates, des schistes
noirs, etc…) 22 MtU ( > 100-120 $/kgU)–« Gisements » de faible teneur (eau de mer…) 4 000 MtU (> 1000 $/kgU ?)
Ressources conventionnelles ou classiques (MtU)
Identifiées Non découvertes
Raisonnablement assurées Présumées Pronostiquées Spéculatives
< 40 $/kg U 0,6 0,21,7
40-80 $/kg U 1,9 1,0
80-130 $/kg U 1,0 0,7 1,1
130-260 $/kg U 0,5 0,4 0,1
Sous total 4,0 2,3 2,9 7,5
Total 6,3 MtU 10,4 MtU
Les ressources en uranium
• Répartition des ressources identifiées (< 130$/kgU)
Les ressources raisonnablement assurées en uranium
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1 00
0 tU
USD 130-260/kgU
USD 80-130/kgU
USD 40-80/kgU
< USD 40/kgU
Installation de REP uniquement, sans recyclage (source CEA-Tésé)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140Années
Mt
A2
A3
B
C2
16 Mt
38 Mt
IIASA A2 IIASA A3 IIASA B IIASA C2
=> Les réacteurs à neutrons rapides apparaissent nécessaires au développement durable du nucléaire
Uranium consommé
← Uranium non conventionnel
← Uraniumconventionnel
0
20
40
60
80
100
120
140
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 2110 2120 2130 2140 2150
PWR only, open cycle
PWR only, MOX & ERU
deployment of 20% FR
deployment of self breeder FR
deployment of FR with BG= 0.3
0
20
40
60
80
100
120
140
2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140
IIASA B Scenario (source CEA-Tésé)
0
20
40
60
80
100
120
140
2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140
Consumed Uranium
Mt Mt
Consumed and engaged Uranium
0
20
40
60
80
100
120
140
2000
2020
2040
2060
2080
2100
2120
2140
16 Mt Conventional resources
38 Mt (+ 22 Mt unconventional resources)
Engaged Uranium: future uranium consumption for the already installed reactors for their remaining life time
Radiotoxicité après 1 000 ans
Produits de fission
Actinides mineurs
Plutonium
Composition du combustible usé
Coques et embouts : déchets moyenne activité vie longue
Matières recyclables (96 %)Produits de Fission :20 kg
(4 %)Actinides mineurs :~ 0,5 kg
(0,1 %)
Déchets haute activité (4%)
Plutonium :
5 kg ( 1 %)
Uranium : 475kg (95 %)
- Le plutonium constitue la plus grande partie de la radiotoxicité de longue durée du combustible usé,
- Il a un potentiel énergétique important
Cycle fermé = recyclage
Combustible UOX usé
Uranium
La Hague traitement UOXLa Hague
traitement UOX
Produits de fission et Actinides mineursProduits de fission
et Actinides mineursDéchets vitrifiés
MOX
Déchet vitrifiéColis CSD-V
Enrichissement
UOX
Minerai
entreposage MOX
Plutonium
Schéma du cycle du combustible mis en œuvre industriellement en France
Radiotoxicité des déchets en fonction du temps
1
0,1
10
100
1000
10000
10 100 1000 10000 100000 1000000
Temps (années)
Radi
otox
icité
re
lativ
e
PFAM +PF
Combustible usé( Pu + AM + PF)
Minerai uranium naturel1
0,1
10
100
1000
10000
10 100 1000 10000 100000 1000000
Temps (années)
Radi
otox
icité
re
lativ
e
Combustible usé (U + Pu + Actinides Mineurs + Produits de Fission)
Verres actuels : Actinides Mineurs + Produits de Fission
Verres sans actinides mineurs (transmutation)
Le cycle du combustible pour la 4ème génération
R T
U
PF
U Pu AM
R T
U
AM
U Pu
PFR T
U
PF AM
U Pu
Recyclage homogène Recyclage hétérogène
Recyclage U Pu seuls
Économie des ressources
Minimisation des déchets
Résistance à la prolifération (objectifs Gen IV)
50 fois plus d’électricitéavec la même quantité
d’uranium naturel
Plusieurs options d’ambition croissante que le prototype doit permettre d’évaluer au plan technico-économique :
Autres ruptures technologiques possibles
• GEN IV en réacteurs rapides à gaz
• Cycle Thorium
• Réacteurs à fusion
Réacteurs à gaz• Avantages:
– Gaz inerte et transparent (He)– Permet des températures plus élevées
• Inconvénients– Absence d’expérience sur les RNR gaz– Fuites possibles– Pb matériaux (HT)– Sûreté neutronique
• Histoire et projets– HTR Fort StVrain– REDT
Cycle Thorium
• Avantage: – Contourne l’Uranium une fois la filière lancée
• Inconvénients:– Th fertile et non fissile (=>U233)– Cycle à développer
• Histoire et projet:– Pays concernés: Inde, Norvège et Canada– Histoire:– Projets
Réacteurs à fusion• Physique connue mais non linéaire
• Symbolisme de l’union internationale (sommet de Genève 1985)
• Enormes défis technologiques (taille, températures, pressions, irradiations, déchets technologiques, régénération du T, évacuation puissance)
• Faisabilité physique acquise (JET+TOR)
• Faisabilité scientifique et technique 500MWTh (ITER sans évacuation d’énergie): 2020
• Faisabilité industrielle DEMO (1500MWe) 2030
• Faisabilité économique au mieux 2040-2050
Autres types de rupture
• Nucléaire non uniquement électrogène:– Chaleur – Production d’hydrogène– Production de biocarburants
• Petites centrales embarquées (barge Rosatom, projet Flexblue de DCNS)
Conclusions:
• Technologie disponible aujourd’hui pour une production d’électicité bas carbone dans des conditions économiques compétitives
• Durabilité dépendant à la fois des succès dans l’implantation du nucléaire, des évolutions du marché de l’U. et du développement de GEN IV
• Les différences géopolitiques se conserveront. Avantage pour la France de disposer de GEN IV et de s’affranchir ainsi du pb de la disponibilité d’Uranium
• Merci de votre attention….
Source IEA : Energy to 2050
World Energy demand increases
During last Century the world consumption has increased of a factor 16
Today, nearly 2 billion people without electricity
0
5
10
15
20
25
30
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Wo
rld
Pri
ma
ryE
ne
rgy
So
urc
es
(G
toe )
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
Wo
rld
Po
pu
lati
on
(B
illio
ns)Other Renewables
Biomass
Nuclear
Gas
Oil
Coal
Population
0
5
10
15
20
25
30
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Wo
rld
Pri
ma
ryE
ne
rgy
So
urc
es
(G
toe )
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9Other Renewables
Biomass
Nuclear
Gas
Oil
Coal
Population
Vision BP décembre 2011
Les enjeux du proto Sodium, ASTRID
Enjeu déchets : R&D pour la transmutation en réponse à la loi du 28 juin 2006
un réacteur capable de transmuter les actinides mineurs
Enjeu Ressources / Compétitivité : incertitudes sur les réserves, sur le développement du parc de 3ème génération, mais le multi-recyclage du Pu sera dans un élément de détente du marché et de sécurité d’approvisionnement
Un réacteur plus sûr, plus économique, plus facile à exploiter, capable de fonctionner à partir de l’U appauvri
Ces deux enjeux sont liés : par exemple, combustible MOX usé
Enjeu de leadership international : L’Inde et la Russie construisent des réacteurs « pré-commerciaux » qui vont diverger en 2010-2012, ils sont centrés sur l’enjeu « ressources / compétitivité ».
Disposer d’un produit compétitif pour le marché futur
Cahier des charges du prototype INDUSTRIEL RNR-Na
1. Faisabilité technique est acquise
2. Enjeux Filière : Sûreté (meilleure que Gen III pour l'ASN) ; Exploitabilité (demande forte d'EDF suite au REX RNR-Na) ; Compétitivité
3. Les réponses à ces enjeux, et en particulier la sûreté ne peuvent être démontrés que dans un prototype électrogène de puissance 300 – 600 MWé
4. Économie des ressources : Isogénération
5. Gestion des déchets :
Multirecyclage Pu
Recyclage AM
6. Des installations du cycle associées sont nécessaires Possibilités d’irradiations à l’échelle de l’assemblage (combustibles avancés, combustibles porteurs d’AM)
Besoin Expérimental
Les prototypes et installations associées
En référence le proto RNR sodium : 600-1500 MW thermiques250- 600 MW électriques Précurseur de tête de série,
Outil d’irradiation
Pour le faire fonctionner : l’AFC (Atelier Fabr. Combustible)
Combustibles MOX (10 t /an), La Hague
Pour la R&D transmutation : l’AFM (Atelier Fabr. Micropilote)
Combustibles avec A.M. (10-100 kg/an), La Hague
Une filière alternative et avancée : RNR gazALLEGRO , 50 – 70 MW thermiques, en Europe
ASTRID
ALLEGRO