Types de réacteurs

Réacteurs commerciaux dans le monde

On trouve six grands types de réacteurs en exploitation dans le monde. La concentration en uranium du combustible, le modérateur utilisé pour ralentir le processus de fission et le caloporteur utilisé pour transférer la chaleur varient d’un modèle à l’autre.

Sur les 392 réacteurs en exploitation à l’échelle mondiale, on compte 250 réacteurs à eau sous pression (REP), ce qui en fait le type le plus répandu.

Types de réacteurs nucléaires de puissance dans le monde
Type de réacteur
Combustible
Modérateur
Caloporteur
Nombre
Réacteurs à eau sous pression (REP)
UO₂ enrichi
Eau ordinaire
Eau ordinaire
250
Réacteurs à eau bouillante (REB)
UO₂ enrichi
Eau ordinaire
Eau ordinaire
58
Réacteurs à eau lourde sous pression (RELP)
UO₂ naturel
Eau lourde
Eau lourde
48
Réacteurs refroidis par gaz (RRG)
U naturel et UO₂ enrichi
Graphite
Dioxyde de carbone
16
Réacteur à eau ordinaire modéré au graphite (REOMG)
UO₂ enrichi
Graphite
Eau ordinaire
15
Réacteur surgénérateur à neutrons rapides (RSNR)
PuO₂ et UO₂
Aucun
Sodium liquide
2

Réacteurs à eau sous pression

PWR
Réacteur à eau sous pression.

Les réacteurs à eau sous pression (REP), type le plus courant dans le monde, sont refroidis et modérés à l’eau ordinaire (ou « légère »). Le caloporteur est sous pression, ce qui le maintient à l’état liquide et l’empêche de se transformer en vapeur pendant que le réacteur fonctionne. De puissantes pompes font circuler l’eau dans les tuyaux pour transférer ainsi la chaleur qui porte à ébullition l’eau circulant dans un circuit secondaire distinct. La vapeur générée de cette façon actionne les turbo-alternateurs qui produisent l’électricité.

Une vidéo (en anglais seulement) affichée sur YouTube montre le processus de production d’électricité dans un REP.

Réacteurs à eau bouillante

BWR
Réacteur à eau bouillante.

Les réacteurs à eau bouillante (REB), modérés et refroidis à l’eau ordinaire, forment 15 % du parc nucléaire mondial. Le caloporteur est maintenu à une pression plus basse que dans un REP, ce qui lui permet de bouillir. La vapeur actionne directement les turbo-alternateurs pour produire l’électricité. L’absence de générateurs de vapeur simplifie la conception, mais la radioactivité peut contaminer la turbine.

Une vidéo (en anglais seulement) affichée sur YouTube montre le procédé de production d’électricité dans un REB.

Réacteurs à eau lourde sous pression

PHWR
Réacteur à eau lourde sous pression.

Aussi connus sous le nom de « réacteurs CANDU », les réacteurs à eau lourde sous pression (RELP) représentent environ 12 % du parc nucléaire mondial. Toutes les centrales nucléaires canadiennes sont équipées de ce type de réacteurs, qui utilisent l’eau lourde à la fois comme caloporteur et modérateur et l’uranium naturel comme combustible. De la même manière que dans un REP, le caloporteur permet de porter à ébullition l’eau qui circule dans un circuit distinct. Il est possible de recharger les réacteurs CANDU sans stopper la réaction.

Une vidéo (en anglais seulement) affichée sur YouTube montre le procédé de production d’électricité dans un réacteur CANDU.

Réacteurs refroidis par gaz

Les réacteurs refroidis par gaz (RRG) sont utilisés uniquement au Royaume-Uni. On en trouve deux types, soit le Magnox (dont le nom renvoie à l’alliage de magnésium formant la gaine des éléments combustibles) et le réacteur avancé refroidi par gaz (RARG). Les deux types sont refroidis au dioxyde de carbone et modérés au graphite. Le Magnox utilise de l’uranium naturel comme combustible, tandis que le RARG utilise de l’uranium enrichi. À l’instar des réacteurs CANDU, ces modèles peuvent être rechargés en marche.

Réacteurs à eau ordinaire modérés au graphite

Les réacteurs à eau ordinaire modérés au graphite (REOMG) sont en exploitation en Russie. Comme dans les REB, l’eau ordinaire servant de caloporteur est portée à ébullition en circulant dans le réacteur et la vapeur ainsi générée est acheminée directement aux turbo-alternateurs. Les premiers modèles de REOMG étaient souvent construits et exploités sans les caractéristiques et fonctions de sûreté exigées dans les autres pays. Le tristement célèbre accident survenu en 1986 à Tchernobyl, en Ukraine, mettait en cause ce type de réacteur.

Une vidéo décrivant les charactéristiques des REOMG (en anglais seulement) est affichée sur YouTube.

Surgénérateurs à neutrons rapides

FBR
Surgénérateur à neutrons rapides.

La plupart des types de réacteurs ont recours à des neutrons lents, qui sont plus susceptibles de diviser les atomes d’uranium. Pour leur part, les surgénérateurs à neutrons rapides (SNR) utilisent des neutrons rapides – comme leur nom l’indique – pour convertir des substances telles que l’uranium 238 et le thorium 232 en matières fissiles qui alimenteront le réacteur. Ce procédé, combiné au recyclage, devrait permettre d’accroître les ressources en combustible nucléaire à très long terme. Les SNR sont utilisés principalement en Russie.

Petits réacteurs modulaires

SMR
Petit réacteur modulaire.

De par leur conception, les petits réacteurs modulaires (PRM) modernes sont construits de façon économique en usine (et non sur place). Leur puissance est de l’ordre d’environ 10 à 300 MWe.

Les PRM suscitent un intérêt croissant pour alimenter en électricité de petits réseaux. Ils peuvent aussi fournir la chaleur de procédé pour les industries d’exploitation des ressources ou accroître la puissance des réseaux afin de faire face à l’augmentation de la demande. D’après les estimations de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), 96 PRM pourraient être en exploitation dans le monde d’ici 2030.

Certains modèles de PRM sont à un stade avancé de développement, dont plusieurs sont conçus pour être placés entièrement sous terre, ce qui réduit la superficie occupée au sol ainsi que le besoins en personnel et en sécurité. Certains modèles dotés de systèmes de sûreté passifs peuvent fonctionner pendant une période pouvant atteindre quatre ans sans être rechargés.

Durée de vie des réacteurs

Certains réacteurs de première génération, comme les réacteurs refroidis à gaz Magnox au Royaume-Uni, sont encore en service, mais ils approchent de la fin de leur vie utile. Bon nombre des réacteurs actuels ont été construits dans les années 1970 et 1980, si bien qu’ils ont une quarantaine d’années à l’heure actuelle (en 2015). Toutefois, les études reposant sur l’expérience en matière d’exploitation et de matériaux n’ont révélé aucun problème technologique majeur empêchant de prolonger la durée de vie de nombreux réacteurs, en particulier ceux à eau lourde sous pression et à eau bouillante.

Un suivi attentif du rendement des centrales nucléaires, une analyse de l’expérience d’exploitation, les programmes de modernisation et les remises à neuf offrent de bonnes perspectives pour la prolongation de la durée de vie de nombreuses centrales. Par exemple, en date de 2014, on prévoyait la remise à neuf de 10 réacteurs CANDU pour assurer une prolongation de l’ordre de 25 à 30 ans, voire davantage. D’autres pays, par exemple les États-Unis et la Fédération de Russie, prévoient également de prolonger la durée de vie de réacteurs. Dans de nombreux pays, on prend des décisions concernant la durée de vie des centrales au moment du renouvellement périodique de leur permis d’exploitation, qui passe par une analyse de sûreté approfondie faisant appel aux méthodes, à l’information et aux exigences en matière de sûreté les plus récentes.

La conception des réacteurs de prochaine génération permettra de les exploiter pendant plus longtemps, voire jusqu’à 60 ans.