Réacteur à très haute température
Les Réacteurs à haute température ont été développés dans les années 1960 à 1980 notamment en Allemagne et aux Etats-Unis. Durant cette période, plusieurs réacteurs HTR ont été construits et ont fonctionné dont deux réacteurs de puissance à 300 et 330 MW. Avec les progrès des technologies de ces dernières décennies, la recherche se penche désormais sur une nouvelle génération nommée Réacteur à très haute température (RTHT). Ces derniers font partie des réacteurs retenus par le Forum international Génération IV.
Ce type de réacteur à gaz est très avantageux sur le créneau des petites et moyennes puissances (avec une puissance électrique théorique de 600 MW [1]) tout en se montrant adaptés aux cycles combinés, comme les usages chimiques secondaires non-électriques (chauffage urbain, dessalement, chaleur industrielle, production d’hydrogène). A contrario, les réacteurs à eau sont assez peu performants pour ces fonctions.
En outre, leur puissance plus réduite et flexible les rend adaptés aux besoins des pays dont les besoins en énergie sont limités et évolutifs, et dont le réseau électrique ne peut supporter des puissances unitaires élevées.
Dans un réacteur à très haute température, un gaz sous haute pression (70 bars) joue le rôle de fluide caloporteur (le plus souvent de l’hélium, qui permet d’attendre des températures particulièrement élevées). Ce dernier actionne directement une turbine à gaz qui convertit la chaleur en électricité (on dit que le cycle est direct). Le modérateur peut être une série de blocs de graphite ou de « cailloux » (lit de galets).
Le combustible est conditionné dans des billes de carbone très étanches d’environ 1 millimètre de diamètre, capables de résister à des températures dépassant 1600°C. Cela permet de dépasser de manière significative les températures limites des réacteurs qui utilisent l’eau (selon le modèle étudié, la température à la sortie du cœur devrait varier entre 900 et 1100°C).
Cette caractéristique permet au RTHT de brûler de façon très souple toute espèce de noyaux fissiles : en particulier un excellent brûleur de plutonium, détruisant environ 70% de la quantité introduite dans le cœur, et plus de 90% de ses isotopes fissiles [2].
En cas d’accident, cela lui permet également d’évacuer la chaleur uniquement par rayonnement thermique. Cela assure alors le maintien de la température au-dessous d’un seuil critique (1600°C) même dans un cas aussi grave que celui de la perte du refroidissement du cœur, sans qu’il soit nécessaire d’adjoindre au réacteur des systèmes d’onéreux refroidissement de secours.
Les RTHT assurent par ailleurs un rendement élevé – de l’ordre de 50 % [3] (33% dans un REP et un peu moins de 40% dans les premiers HTR). Ils permettent de réduire le volume de déchets radioactifs produits, sont en mesure de brûler du plutonium, ce qui permet de lutter contre la prolifération nucléaire militaire. De conception modulaire, ce type de réacteur pourrait être construit rapidement, à moindre coût.
Il s’agit par ailleurs de l’un des réacteurs les plus sûrs du monde : l’hélium, contrairement à l’eau, il ne se dissocie pas thermiquement en hydrogène et en oxygène, avec le risque d’explosion de bulles d’hydrogène (comme cela a été le cas dans Tchernobyl ‘ et Fukushima).
Il est enfin possible d’envisager un parc nucléaire couplant des REP et des HTR, de sorte que tout le plutonium fourni par les premiers servent de combustible aux seconds.
Le nucléaire pour produire de l’hydrogène En plus de l’application principale du RTHT, la production d’énergie, ce réacteur est en capacité de produire de l’hydrogène en utilisant la chaleur qu’il émet. Cela se ferait sans émission de CO2 – contrairement aux procédés classiques d’extraction à partir du gaz ou du pétrole. En outre, la chaleur contenue dans l’eau rejetée à 120°C par un RTHT procure une source d’énergie « gratuite » (c’est-à-dire sans dégradation du rendement thermodynamique de l’installation). Pour comparaison, les rejets des centrales REP sont à environ 40°C.
Mais problèmes technologiques devront avoir été résolus avant que de tels modèles ne soient prêts pour un usage industriel compétitif, en particulier la mise au point de matériaux et équipements capables de résister à de très hautes températures dans toutes les circonstances.
En cas de contact avec l’oxygène, le risque d’incendie graphite persiste également dans les modèles étudiés à ce jour. Cela ne le rend pas exempt de tout risque, bien que plus sûr que la grande majorité de ses congénères, et rend son démontage plus complexe.
Malgré ces obstacles, plusieurs réacteurs expérimentaux de la filière sont déjà en service :
– Le HTR-10 (Chine) : ce petit réacteur expérimental, situé à Pékin dans les locaux de l’INET, est opérationnel.
– Le HTR-PM (Chine) : à Rongcheng, dans la province du Shangdong à l’Est de la Chine, deux réacteurs modulaires de 100 MWe ont été mis en service d’ici la fin de 2017[4].
– Le HTTR (Japon) : ce petit réacteur expérimental situé à Oarai, a reçu un feu vert pour son redémarrage en 2014.
– Le StarCore HTGR, réacteur modulaire canadien de faible puissance (20 à 100 MWe) développé initialement pour fournir de l’électricité aux sites éloignés serait en phase de déploiement dans certains pays émergents, dont le Nigéria.