40 ans après Tchernobyl – les connaissances sur la conception de réacteurs

La catastrophe nucléaire de Tchernobyl a douloureusement mis en lumière le rôle essentiel de la conception des réacteurs pour la sûreté nucléaire. Depuis, les conceptions de réacteurs ont évolué, les exigences en matière de sûreté ont été renforcées et de nouvelles conceptions privilégiant la sûreté ont été développées. Dans cet aperçu, nous exposons comment la conception RBMK diffère des réacteurs en Belgique et comment la sûreté est aujourd’hui au centre des nouvelles conceptions de réacteurs.

Réacteurs RBMK à Tchernobyl

Le réacteur explosé à Tchernobyl était un RBMK, une conception soviétique des années 1960 et 1970. Il s’agissait de l’un de seuls deux conceptions de réacteurs qui étaient alors construits à grande échelle dans l’Union soviétique.

Le réacteur RBMK a connu plusieurs limitations de conception fondamentales en matière de sûreté, et ne satisfaisait pas à sa conception déjà aux normes de sûreté occidentales usuelles.

Instabilité intrinsèque: Dans certaines conditions d’exploitation, la capacité du réacteur pouvait augmenter au lieu de diminuer en cas de hausse de la température du caloporteur. Ainsi, la température et la capacité pouvaient se renforcer mutuellement (réaction positive), donnant potentiellement lieu à une escalade dangereuse.
Arrêt d’urgence : problèmes avec les barres de contrôle: Les barres de contrôle, devant freiner la réaction nucléaire, présentaient un défaut de conception. Dans le cadre de l’exploitation normale, elles faisaient ce qu’elles devaient faire : absorber les neutrons et arrêter la réaction en chaîne. Mais dans la situation anormale qui s’était produite par l’exécution et l’interruption temporaire de l’essai de turbine, l’apport de barres supplémentaires a eu l’effet inverse : renforcer la réaction en chaîne.
Absence d’enceinte de confinement à part entière: Les réacteurs RBMK ne disposaient pas d’un bâtiment de réacteur entièrement enveloppant, pouvant retenir les substances radioactives à l’intérieur de la centrale en cas d’accident grave.

Après l’explosion, on a abordé les manquements techniques des RBMK existants. Par ailleurs, la catastrophe a donné lieu à un contrôle international beaucoup plus strict, à de meilleures cultures de la sûreté et à une plus grande transparence des installations nucléaires dans le monde entier. À l’heure actuelle, quelques réacteurs de ce type sont encore actifs en Russie.

Les centrales nucléaires belges : réacteurs PWR

Les réacteurs belges sont du type PWR (réacteur à eau pressurisée ou Pressurized Water Reactor). Ce type de réacteur est le plus utilisé dans le monde.

Les PWR sont basés fondamentalement sur une autre philosophie de la sûreté que les réacteurs soviétiques. La sûreté n’est pas un système complémentaire, mais elle est ancrée dans la physique du réacteur et dans la manière dont il est exploité. Quelques caractéristiques importantes :

Stabilité intrinsèque: Dans un réacteur à eau pressurisée, une augmentation de la température de la matière fissile et de l’eau de refroidissement entraîne automatiquement une baisse de la capacité du réacteur. La température et la capacité se contrecarrent donc, de sorte que le réacteur se freine lui-même.
Arrêt d’urgence fiable avec back-up: En cas d’arrêt d’urgence, les barres de contrôle dans un PWR assurent une baisse de la capacité, immédiate et dans l’ensemble du noyau. La réaction nucléaire peut ainsi être entièrement arrêté en quelques secondes.
De plus, le PWR dispose d’un système de back-up robuste : l’injection « d’eau borée » (de l’eau contenant une très grande quantité d’acide borique) dans le réacteur. Le bore absorbe les neutrons et freine aussi chimiquement la réaction nucléaire, indépendamment des barres de contrôle. Cela fournit une couche de sécurité supplémentaire en cas de scénarios exceptionnels.
Barrières de sûreté multiples: Les réacteurs PWR sont placés dans une enceinte de confinement robuste possédant plusieurs barrières physiques. Celles-ci veillent à ce que les substances radioactives ne puissent pas être libérées dans l’environnement, même en cas d’incident grave.

Un réacteur nucléaire a 3 fonctions de sûreté. En d’autres termes : pour un fonctionnement sûr, un réacteur nucléaire doit garantir en permanence trois aspects.

Contrôler la réaction en chaîne : garder la réaction de fission stable ou l’arrêter si nécessaire
Évacuer la chaleur : même après que le réacteur a été arrêté, de la chaleur continue à se dégager et doit être évacuée en continu
Confiner (encapsulation) : éviter que des substances radioactives se retrouvent dans l’environnement

Afin de garantir ces fonctions de sûreté en toutes circonstances, les principaux systèmes de sûreté ont été délibérément prévus plusieurs fois. Généralement 3 fois. Cela s’appelle redondance : en cas de panne de l’un des systèmes, un autre est immédiatement prêt à prendre la relève. En outre, ces systèmes de back-up sont souvent basés sur différents principes de fonctionnement. Ainsi, ils ne réagissent pas tous de la même manière à un problème.

Impact sur le paysage nucléaire belge

La catastrophe nucléaire de Tchernobyl a aussi entraîné un tournant important en Belgique. L’accident a accéléré la nécessité d’une surveillance indépendante et a donné lieu à la création de l’Agence fédérale de Contrôle nucléaire (AFCN). Notre pays a également mis sur pied le Centre de crise national (NCCN) en 1988, qui est responsable de la coordination des situations d’urgence, dont les incidents nucléaires.

En savoir plus sur la planification d’urgence, la réglementation et la surveillance en Belgique.

Des accidents ultérieurs, comme celui de Fukushima, ont encore exacerbé cette attention pour la sûreté. Ils ont entraîné des analyses de sûreté supplémentaires et l’apparition des « stress tests » : des tests de sûreté systématiques permettant de vérifier si une centrale nucléaire continue également à fonctionner en toute sécurité dans des circonstances extrêmes et improbables – comme de graves catastrophes naturelles, une panne de courant de longue durée ou la perte de refroidissement.

En savoir plus sur les stress tests après Fukushima.

Tchernobyl a considérablement freiné la croissance de l’énergie nucléaire, tant au niveau national qu’international. L’accident a entraîné une baisse de la confiance du public, de sorte que de nombreux pays ont mis en pause ou arrêté leurs programmes nucléaires. En Belgique également, l’accident a renforcé la demande d’une sortie du nucléaire. D’une « solution énergétique sûre et avantageuse », la perception de l’énergie nucléaire s’est mutée en une « source de catastrophes potentielles ». Le débat sur les risques de l’énergie nucléaire s’est enflammé et a finalement donné lieu à la sortie du nucléaire en Belgique de 2003, mettant en cause la prolongation de la durée de vie des centrales actuelles à Doel et Tihange, et interdisant la construction de nouvelles centrales nucléaires.

Plus de vingt ans plus tard, en 2025, la Belgique a une nouvelle fois modifié cette loi. Les réacteurs les plus récents (Doel 4 et Tihange 3) pourront rester actifs plus longtemps, et l’interdiction de nouvelles activités nucléaires a été levée. Cela a ouvert la voie à de nouveaux réacteurs nucléaires, comme de petits réacteurs modulaires (SMR).

Recherche sur de nouveaux réacteurs : le rôle du SCK CEN

La révision de la sortie du nucléaire en Belgique en 2025 marque un changement de cap clair. Alors qu’il avait été progressivement mis fin à l’énergie nucléaire pendant des années, l’innovation nucléaire a de nouveau sa place.

Dans ce contexte, les Small Modular Reactors (SMR) gagnent en importance : des réacteurs nucléaires modulaires plus petits qui peuvent être construits en série et mis en œuvre de manière flexible, et pour lesquels on mise fortement sur des systèmes de sûreté passive dès la phase de projet. Cela signifie que le réacteur peut évacuer la chaleur résiduelle dans des situations d’urgence sans alimentation électrique externe ni intervention active. De tels systèmes utilisent la gravité du caloporteur.

Refroidissement au plomb pour plus de sûreté et de durabilité

À la demande des autorités belges, le SCK CEN vise spécifiquement le développement d’un SMR rapide et refroidi au plomb. Conjointement avec un consortium international solide, nous voulons construire d’ici 2034 un modèle de démonstration belge du tout premier Small Modular Reactor refroidi au plomb : LEANDREA.

Dans cette conception également, la sûreté passive joue un rôle important et le choix du plomb liquide comme caloporteur offre même une sûreté supplémentaire. Parce que le plomb ne bout qu’à des températures très élevées, le réacteur peut fonctionner à basse pression, quasi atmosphérique. Contrairement aux réacteurs refroidis à l’eau, il n’est donc pas nécessaire d’augmenter la pression pour atteindre des températures élevées. Cela élimine le risque d’incidents dus à une perte de pression.

En utilisant le plomb comme caloporteur, les neutrons restent en outre « rapides ». Un réacteur rapide extrait plus d’énergie de la même quantité de matière première. Il peut utiliser la matière première d’uranium plus efficacement et produit moins de déchets hautement radioactifs par unité d’énergie électrique.

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EAGLES : construire des SMR refroidis au plomb pour l’Europe

Le LEANDREA Technology Demonstrator fait partie du programme international EAGLES, une coopération avec Ansaldo Nucleare, ENEA et RATEN. Dans le cadre de ce programme, les partenaires mettent en commun leurs connaissances et leur expérience dans la poursuite d’une ambition claire : développer des SMR refroidis au plomb qui contribuent à un approvisionnement énergétique durable et sûr pour l’Europe.

L’objectif ? Le déploiement commercial d’EAGLES-300 : un petit réacteur modulaire, refroidi au plomb avec une capacité de 300 MWe, prévu d’ici 2039.

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