Mandats et structures de l'AEN

Groupe d'étude sur la démonstration de la fermeture du cycle du combustible incluant la séparation-transmutation (S&T) pour une maturité industrielle d’ici à 2050 (TF-FCPT)

Mandat (Document(s) de référence) :

• Compte rendu succinct de la 31^e réunion du Comité des sciences nucléaires tenue en 2020 [NEA/SEN/NSC(2020)20]
• Compte rendu succinct de la réunion du NSC tenue les 8-10 juin 2022 [NEA/SEN/NSC(2022)10] (à paraître)
• Mandat du Groupe d'étude sur la démonstration de la fermeture du cycle du combustible incluant la séparation-transmutation (S&T) pour une maturité industrielle d’ici à 2050 (TF-FCPT) [NEA/SEN/NSC(2022)6/FINAL]

Mandat (Extrait) :

Extrait du document [NEA/SEN/NSC(2022)6/FINAL]

Mandat

Contexte^[1]

De nos jours l’énergie nucléaire produit 11 % de l’électricité mondiale. Il est admis que les centrales nucléaires ne produisent quasiment pas de gaz à effet de serre ni de polluants atmosphériques au cours de leur exploitation – et les émissions sur l’ensemble de leur cycle de vie sont très faibles. Dès aujourd’hui, et pour les décennies à venir, l’énergie nucléaire peut jouer un rôle important dans la transition vers un mix énergétique bas carbone dans de nombreuses régions du monde et peut notamment apporter une forte contribution à la décarbonation du secteur de la production d’électricité. Toutefois, de nombreuses incertitudes sont susceptibles de compromettre cet apport, notamment en raison d’une augmentation des coûts et de défis historiques tels que la gestion du combustible usé et des déchets radioactifs. En Europe, chaque année, 2 500 t de combustible usé sont déchargées des réacteurs. Ce combustible usé contient de l’uranium (U), du plutonium (Pu), des actinides mineurs (AM) – à savoir du neptunium (Np), de l’américium (Am) et du curium (Cm) – et des produits de fission (PF). La gestion à long terme des déchets en aval du cycle du combustible nucléaire reste une des questions clés qui limitent l’acceptabilité de l’énergie nucléaire et peut donc compromettre son expansion à travers le monde. Le combustible usé peut être retraité ou pas, selon les options retenues par chaque pays en termes de cycle du combustible et de gestion des déchets radioactifs. Seules 1 200 t des 2 500 t de combustible usé produites annuellement en Europe sont retraitées pour récupérer et recycler le plutonium (12 t) et potentiellement l’uranium (1 140 t), les 48 t restantes (AM et PF) étant vitrifiées (verre nucléaire). À ce jour, la solution de référence consiste à stocker les déchets (combustibles usés et/ou verres nucléaires) dans des centres de stockage ouvragés situés dans des formations géologiques appropriées.

Les cycles des combustibles avancés peuvent être définis comme tout cycle du combustible impliquant des réacteurs de Génération IV et d’autres concepts avancés – réacteurs à caloporteur sodium (RNR-Na), réacteurs rapides à caloporteur alliage de plomb (RNR-Pb), réacteurs rapides refroidis au gaz (RNR-G), réacteurs à très haute température (RTHT), réacteurs à sels fondus (RSF), systèmes pilotés par accélérateur (SPA) – ainsi que de nouveaux concepts présentant des solutions innovantes de gestion du combustible (traitement hydrométallurgique ou pyrochimique, combustion/multirecyclage du Pu, transmutation des AM, etc.), reposant sur les quatre piliers suivants :

• durabilité : optimisation de l’utilisation des ressources (U non enrichi et U de retraitement) et réduction des déchets avec impact direct sur la composition, le traitement et le recyclage du combustible (Pu, AM, PF, etc.) ;
• sûreté et fiabilité : normes de sûreté plus exigeantes (par rapport aux Générations II et III) ; sûreté améliorée des éléments combustibles ;
• compétitivité économique : (meilleure utilisation des ressources, réduction des délais de qualification, réduction des déchets, flexibilité) ;
• résistance à la prolifération et protection physique sur l’intégralité du cycle du combustible.

Les cycles du combustible sont uniques en ce sens que tous les éléments du système sont intrinsèquement interconnectés (cycle du combustible, réacteurs et combustibles, traitement du combustible).

Les cycles des combustibles avancés peuvent permettre une meilleure utilisation des ressources naturelles tout en réduisant les risques de prolifération ainsi que le volume et la durée de vie des déchets. De nombreuses études indiquent que la stratégie de séparation-transmutation (S&T) peut assouplir les contraintes pesant sur le stockage géologique, notamment en réduisant à la fois la radiotoxicité et l’emprise en sous-sol. Des efforts particuliers ont donc été consacrés à l’étude du rôle potentiel de la S&T et des solutions connexes de gestion des déchets sur l’ensemble du cycle du combustible. Il convient d’évaluer la faisabilité technique et économique de la transmutation à l’aide de transmutateurs à neutrons rapides critiques ou sous-critiques et sa capacité à l’échelle préindustrielle, qui pourrait faciliter la mise en œuvre de centres de stockage géologique.

Bien que la R&D sur les technologies des cycles des combustibles avancés soit menée depuis plusieurs décennies, il existe un consensus au sein de la communauté internationale pour dire qu’un programme complet est nécessaire pour démontrer la faisabilité de la fermeture du cycle du combustible, dans des conditions de sûreté et pour parvenir à maturité industrielle. En effet, la plupart des technologies utilisées dans les stratégies de gestion avancée des transuraniens (TRU) – comme le multirecyclage du Pu et la transmutation des AM – doivent atteindre un niveau plus élevé de développement technologique et économique avant de pouvoir être mises en œuvre à l’échelle industrielle. Des efforts supplémentaires sont nécessaires dans les domaines suivants :

• technologies de séparation avancée pour les combustibles usés conventionnels ;
• fabrication et comportement des combustibles avancés ;
• systèmes de transmutation ;
• traitement des combustibles avancés ;
• aspects technologiques liés aux combustibles avancés (notamment ceux chargés en AM) : transport, refroidissement, manipulation.

Champ d’étude

Le Groupe d’étude s’intéressera à différents choix de cycles des combustibles avancés et de S&T, en prenant en compte toutes les technologies existantes et émergentes.

Objectif

Sous la tutelle du Comité des sciences nucléaires (NSC), le TF-FCPT produira un « rapport stratégique » qui sera un ouvrage de référence, complet et détaillé sur les aspects techniques, économiques et sociétaux des cycles des combustibles avancés. Ce « rapport stratégique » :

• passera brièvement en revue les travaux des 30 dernières années consacrés aux cycles des combustibles avancés et à la S&T pour mettre en lumière les connaissances accumulées, les principales conclusions et avancées, en se fondant sur la littérature existante ;
• examinera les conceptions de RNR à caloporteur métal liquide, SPA et RSF et les points communs entre les différentes stratégies de cycle du combustible ;
• déterminera le niveau de maturité technologique (TRL) actuel de chaque composant de base (en se fondant sur les études existantes et en les réévaluant si nécessaire), en étudiant leur évolution au cours des 30 dernières années ;
• recensera les besoins en R&D pour accroître le niveau de maturité technologique, en fonction des processus technologiques envisagés ;
• recensera les besoins en matière de R&D et établira clairement les actions à mener dans les deux prochaines décennies, par étapes de cinq ans, pour atteindre un niveau de développement préindustriel ;
• dessinera une vision à long terme concernant la maturité industrielle des cycles des combustibles nucléaires avancés, y compris la S&T, d’ici à 2050 et recommandera des actions à mettre en œuvre en priorité d’ici à 2030 ;
• proposera une analyse économique qui se concentrera sur la démonstration préindustrielle et traitera les sujets suivants : i) le retour sur investissement par rapport à d’autres investissements publics, ii) le maintien des capacités, iii) la réduction des incertitudes et la valeur d’option, et iv) l’impact sur les ressources ; et
• donnera un aperçu des aspects sociétaux de la fermeture du cycle du combustible nucléaire, en traitant la perception du public, les préoccupations relatives à la gestion des déchets, la prolifération et la durabilité, en vue d’emporter le soutien du grand public et des décideurs politiques en faveur de l’utilisation de l’énergie nucléaire pour parvenir à la neutralité carbone d’ici à 2050.

Outre la préparation de ce rapport, l’examen de la littérature existante conduira à la création d’une bibliothèque de documents publiés traitant des avantages de la S&T, des avantages techniques et des avancées dans ce domaine.

Sur la base de ces recommandations, le TF-FCPT pourra prodiguer des conseils quant à l’établissement d’un programme expérimental conjoint.

Méthodes de travail

Le TC-FCPT rendra compte de ses travaux au NSC. Des réunions seront organisées régulièrement en vidéoconférence pour assurer l’avancée des travaux.

Interactions

Le Groupe d’étude travaillera en étroite collaboration avec le Groupe de travail sur les aspects scientifiques des cycles du combustible avancés (WPFC), le Comité chargé des études techniques et économiques sur le développement de l'énergie nucléaire et le cycle du combustible (NDC), le Forum sur la confiance des parties prenantes (FSC) établi par le Comité sur la gestion des déchets radioactifs (RWMC), et le Forum international Génération IV.

Résultats attendus

Les résultats attendus du Groupe d’étude sont les suivants :

• le « rapport stratégique » décrit ci-dessus ;
• Un « catalogue » en ligne des rapports et articles publiés sur les cycles des combustibles avancés et les options de S&T étudiant les avantages, les défis techniques et les avancées réalisées sur le terrain.

[1] Partiellement inspiré de Hamid Aït Abderrahim et al., « Partitioning and transmutation contribution of MYRRHA to an EU strategy for HLW management and main achievements of MYRRHA related FP7 and H2020 projects: MYRTE, MARISA, MAXSIMA, SEARCH, MAX, FREYA, ARCAS », EPJ Nuclear Sci. Technol. 6, 33 (2020).