Les réacteurs du futur

La première centrale nucléaire possédant un réacteur à lit de boulets est déjà en exploitation en Chine. Le HTR-PM (High-Temperature Gas-Cooled Reactor – Pebble Bed Module) est implanté à Shidao Bay, dans la province chinoise de Shandong, à environ 600 kilomètres au sud-est de Pékin. Il a été développé à l’Université de Tsinghua, à Pékin, où un réacteur expérimental, le HTR-10, est en exploitation depuis 2003.

Cette conception de réacteur, testée en Allemagne il y a plus de cinquante ans, présente un certain nombre de spécificités. Dans les réacteurs à eau légère traditionnels tels que ceux en exploitation en Suisse, le combustible est placé à l’intérieur de tubes fins de plusieurs mètres de long, reliés en faisceaux pour former des assemblages combustibles. Dans le réacteur à lit de boulets, en revanche, le combustible revêt la forme de sphères de la taille d’une balle de tennis. Ces sphères comportent plusieurs couches. Les particules dites Triso (tristrucural-isotropic fuel) en constituent les éléments centraux. Il s’agit de microbilles d’environ un millimètre de diamètre à l’intérieur desquelles se trouve le combustible de dioxyde d’uranium (UO2). Dans un premier temps, ce noyau du combustible est entouré de plusieurs couches de graphite (carbone). Le graphite permet de contrebalancer les changements de volume occasionnés par la formation de nouveaux éléments résultant du processus de fission nucléaire. Sans cela, les microbilles pourraient se casser. Une couche de protection en carbure de silicium, très résistante chimiquement, entoure les microbilles. Elle est elle-même ensuite entourée d’une couche composée d’un graphite spécial. Tout cela permet de maintenir confinés de manière fiable les produits de fission radioactifs.   

Compressés en une balle de tennis Ces microbilles bien protégées sont ensuite mélangées à de la poudre de graphite et compressées jusqu’à devenir une sorte de sphère de la taille d’une balle de tennis. Elles sont ensuite enrobées dans une nouvelle couche de graphite exempte de combustible. Le graphite dans lequel sont placées les microbilles agit – en association avec le réflecteur fixé à la paroi du réacteur – comme un modérateur et permet de freiner les neutrons afin de provoquer les réactions de fissions nucléaires. Il en résulte un combustible nucléaire capable de rester intact également à des températures extrêmes.

Le procédé à la base de la fabrication de ce combustible a été développé en Allemagne avant d’être repris par des ingénieurs chinois. Les expériences pratiques menées avec ce combustible dans les réacteurs expérimentaux en Allemagne et les tests effectués sur les sphères chinoises au centre de recherche néerlandais de Petten ont montré que, si au moment de la fabrication et de l’exploitation, les directives de qualité sont respectées, ce combustible permet de protéger très efficacement contre la libération de matières radioactives, et ce aussi en cas d’accident grave. Cet emballage extrêmement solide présente cependant l’inconvénient que le retraitement en vue du recyclage du combustible est complexe, et que pour une quantité de matières radioactives identique, le volume des déchets est comparativement important.

Flexible, modulaire, extensible
Le HTR-PM est un système modulaire pouvant, au besoin, comprendre plusieurs groupes de 200 MW (équivalent de deux tranches nucléaires), jusqu’à atteindre 600 MW. Il s’agit ici de l’installation standard HTR-PM600, composée de six réacteurs (soit trois modules) pour un seul groupe turbo-alternateur. Deux installations de ce type fournissent au total une puissance com- parable à celle de la centrale de Leibstadt, la plus grosse de Suisse. En dehors de la Chine, seuls les États-Unis mènent actuellement des travaux sur les réacteurs à lit de boulets. Le ministère de l’Énergie américain soutient par exemple le développement du Xe-100 par X-energy, d’une puissance électrique de 35 MW.