1.3.2 Propriétés thermiques
Les oxydes de thorium et d’uranium ont des propriétés thermiques très sem-blables comme le montre le tableau 1.3. Les températures de fusion de leurs formes oxydes utilisées dans les combustibles nucléaires et la conductivité de ces mêmes formes sont très semblables. Un léger avantage semble même se dégager pour le tho-rium, une marge qui permet d’envisager que les combustibles au thorium puissent satisfaire aux contraintes thermiques auxquelles satisfont depuis de nombreuses an-nées les combustibles uraniums. En se basant sur ces similitudes thermiques, l’irra-diation des combustibles au thorium est donc envisagée dans les mêmes géométries et les mêmes conditions que celles des combustibles uranium [17].
U O2 T hO2 Température de fusion (K) 3120 3650 Conductivité thermique à 1000 K
(W.m−1.K−1)
3.5 4.5
Table 1.3 – Comparaison des propriétés thermiques de l’uranium et du thorium [18].
1.4 Résumé et Conclusions du chapitre
Dans ce travail, on étudie des stratégies alternatives pour l’utilisation du plutonium en cas de délai à la mise en place des réacteurs de quatrième génération. Dans ce cadre on étudie le multi-recyclage dans les réacteurs existants et plus particulièrement dans les REP qui constituent la grande majorité des réacteurs dans le monde.
Afin d’envisager un panel très large de stratégies, en plus du cycle uranium traditionnellement utilisé dans ces réacteurs, on étudiera le cycle thorium qui présente des propriétés prometteuses dans les réacteurs à neutrons thermiques.
Chapitre 2
Scénarios de multi-recyclage
2.1 Scénarios électro-nucléaires
2.1.1 Définir un scénario
L’intérêt de ce travail est d’étudier un nombre assez important de scénarios de multi-recyclage du plutonium. Un scénario est avant tout la mise en application d’une stratégie de gestion à l’échelle d’un parc électronucléaire. Le but principal de l’étude d’un scénario est de comprendre l’influence et les conséquences des différents choix définissant la stratégie étudiée. Comprendre les interconnections entre les diffé-rents choix et leurs conséquences permet de développer une compréhension du cycle du combustible dans son ensemble. Ainsi il est possible d’élaborer des stratégies in-novantes tirant le meilleur parti de chaque option. De plus, une fois les différents critères évalués, les décideurs peuvent alors choisir en toute connaissance de cause ce qui correspond le mieux à leurs exigences.
Un scénario consiste à suivre l’évolution d’un grand nombre de paramètres au cours du temps. Certains de ces paramètres voient leur évolution fixée lors de la définition du scénario alors que d’autres sont calculés au cours de la simulation. Il est aussi possible de fixer la valeur de paramètres à certaines dates, comme au démarrage ou la fin d’un scénario, en les laissant libre le reste du temps, leur évolution étant calculée par le code de simulation.
Ces paramètres d’intérêt comprennent des paramètres de structure qui définissent les installations présentes dans le cycle et leurs caractéristiques :
— nombre, types et modèles des réacteurs présents dans le parc, ainsi que les caractéristiques des combustibles qui y sont irradiés ;
2.1. SCÉNARIOS ÉLECTRO-NUCLÉAIRES
— nombre, capacité et limitations isotopiques des usines de fabrication ; — capacité et efficacité chimique des unités de séparation ;
— nombre et limitations en terme de chaleur et de radioprotection des piscines et autres lieux de stockage ;
— capacité et limitations en terme de chaleur et de radioprotection des systèmes de transport.
On y trouve aussi des paramètres relatifs au cycle du combustible et à la stratégie de recyclage :
— piscine dans lesquelles vont les combustibles usés de chaque réacteur ;
— stocks et piscines au sein desquels le combustible usé envoyé dans chaque usine de fabrication est ponctionné ;
— éléments séparés au sein des unités de séparation ;
— éléments à recycler et envoyer dans des unités d’entreposage et éléments en-voyés aux déchets.
Finalement, ces paramètres d’intérêt recouvrent aussi tous les paramètres décrivant la matière dans le cycle et son évolution :
— composition isotopique, quantité et évolution de la matière dans chacune des installations du parc ;
— composition isotopique et flux entre les installations du parc.
Tous ces paramètres doivent être déterminés pour l’étude d’un scénario. On peut les définir a priori comme certains scénarios qui considèrent que les combustibles n’ont pas de temps minimum de refroidissement après irradiation. On peut aussi les calculer grâce à des codes de simulations adaptés en fonction d’autres contraintes, par exemple en considérant que le temps de refroidissement est fixé par le temps nécessaire à la puissance résiduelle du combustible usé pour passer en dessous d’un certain seuil. La période pendant laquelle est étudié un scénario est une grandeur très variable, mais souvent de l’ordre de grandeur de plusieurs fois le temps de vie d’un réacteur ce qui dépasse rapidement la centaine d’années [9, 19].
2.1.2 De la difficulté à déterminer certains paramètres
Certains des paramètres mentionnés dans le paragraphe précédent, comme l’état des stocks de matières nucléaire ou les dates de changement de modèle ou de filière de réacteurs ainsi que de mise en place de nouveaux combustibles, évoluent de manière extrêmement complexe dans les cas réels, et subissent de très nombreuses influences. Il est donc très difficile de représenter ces paramètres de manière précise lors de la
2.2. LE CYCLE DU COMBUSTIBLE DE BASE