Réacteurs nucléaires de nouvelle génération : la Russie, via Rosatom, avance avec un acier innovant
La recherche dans le domaine nucléaire s’étend bien au-delà du réacteur lui-même.
Il est essentiel d’optimiser tous les éléments environnants afin de répondre aux conditions extrêmes imposées par la génération IV des réacteurs nucléaires, qui représente le sommet de la technologie actuelle.
Rosatom avec quelques longueurs d’avance
Des ingénieurs russes ont ainsi développé un nouvel acier austénitique, capable de maintenir ses propriétés mécaniques jusqu’à 600 degrés Celsius.
Nous allons vous exposer pourquoi cette avancée est cruciale et permettra à Rosatom, l’entité à l’origine de cette innovation, de se positionner favorablement pour la révolution nucléaire à venir.
La Russie crée un acier résistant à 600°C pour ses nouveaux réacteurs nucléaires
Les réacteurs à eau pressurisée de type VVER en Russie fonctionnent entre 320 et 350 degrés Celsius, une plage où l’acier utilisé se montre fiable.
Cependant, l’apparition des réacteurs rapides refroidis au plomb, qui opèrent à des températures variant de 500 à 600 degrés Celsius, pose un nouveau défi. À ces niveaux de chaleur, les problèmes de contraintes mécaniques, de corrosion et de fluage des matériaux deviennent majeurs.
Cet alliage a été élaboré dans le cadre du projet « Proryv » soutenu par Rosatom. Ce programme ambitieux vise à prouver la faisabilité industrielle d’un cycle de combustible nucléaire fermé, basé sur des réacteurs rapides.
Dans ces systèmes, le fluide de refroidissement est constitué de plomb liquide, qui est stable, dense et un excellent conducteur thermique, mais qui impose des exigences élevées aux matériaux en contact.
Le nouvel acier se distingue par un ensemble de propriétés conçues pour répondre à des contraintes extrêmes. Il affiche une résistance élevée à la corrosion en environnement plombé, tout en conservant une stabilité thermique jusqu’à 600 °C. À ces performances s’ajoute une durabilité mécanique à long terme supérieure à celle des aciers conventionnels, garantissant une tenue structurelle prolongée. Concrètement, ce matériau est développé pour supporter simultanément des températures élevées, un flux intense de neutrons et le contact prolongé avec un métal liquide fortement corrosif.
Vers le réacteur BREST-OD-300
Ce développement cible particulièrement le réacteur BREST-OD-300, qui constitue le cœur du projet industriel de cycle fermé russe.
Le BREST-OD-300 est un réacteur rapide refroidi au plomb d’une puissance d’environ 300 MW électriques, intégré dans un complexe nucléaire qui comprend :
- une unité de production d’électricité
- une installation de retraitement du combustible irradié
- un module de fabrication et de refabrication de combustible à partir d’uranium et de plutonium recyclés
L’objectif est de ne plus voir le combustible usé comme un déchet, mais comme une ressource réutilisable.
Pour assurer le bon fonctionnement de ce cycle, il est impératif de disposer de matériaux capables de résister des décennies dans des conditions extrêmes.
Le rôle du soudage laser
Concevoir un acier ne suffit pas, il est également crucial de savoir comment le souder.
Les ingénieurs russes ont expérimenté des méthodes de soudage laser sur des aciers austénitiques et martensitiques, y compris des mélanges de métaux différents. Les résultats montrent une vitesse de production supérieure à celle des techniques de soudage à l’arc, tout en maintenant la qualité des soudures intacte.
Des composites pour supporter 1 600°C
Parallèlement, la branche mécanique de Rosatom a mis au point des composants en composites carbone-carbone spécifiquement destinés aux réacteurs à haute température refroidis à l’hélium. Soumis à une série d’essais approfondis, ces matériaux ont démontré leur capacité à conserver une stabilité physique jusqu’à 1 300 °C, tout en maintenant leurs propriétés mécaniques à des températures pouvant atteindre 1 600 °C, confirmant leur aptitude à fonctionner durablement dans des conditions thermiques extrêmes.
Ces innovations concernent des réacteurs thermiques d’environ 200 MW thermiques, capables d’atteindre des températures de sortie avoisinant 850 degrés Celsius, produisant de la vapeur surchauffée à environ 750 degrés Celsius, bien au-delà des niveaux des centrales nucléaires actuelles.
Pourquoi augmenter encore la température des réacteurs ?
Un cycle thermique à température plus élevée permet d’augmenter le rendement. Il s’agit d’un principe physique fondamental : le rendement thermodynamique est fonction de la différence de température.
En passant de 320 à 600 degrés ou plus dans certains concepts, on ouvre la voie à des centrales plus performantes, capables de générer davantage d’énergie avec la même quantité de combustible.
Cependant, cela n’est réalisable que si les matériaux s’adaptent !
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La compétition mondiale pour les réacteurs rapides au plomb
Les réacteurs rapides refroidis au plomb constituent actuellement un des piliers de la génération IV. Leur promesse est audacieuse : meilleure efficacité du combustible, réduction des déchets à longue durée de vie, sécurité passive renforcée et rendement thermique accru grâce à des températures plus élevées.
Comme nous l’avons vu, la Russie progresse avec le réacteur BREST-OD-300, prévu pour un démarrage autour de 2026 et intégré dans une stratégie de cycle fermé du combustible avec retraitement et refabrication sur place.
En Europe, plusieurs projets importants émergent. Le consortium EAGLES, qui inclut la Belgique, l’Italie et la Roumanie, élabore l’EAGLES-300, un réacteur de 300 à 350 MW électriques, s’appuyant sur le démonstrateur ALFRED en Roumanie et le programme LEANDREA en Belgique pour tester les combustibles et matériaux d’ici le milieu des années 2030.
En France et en Italie, newcleo avance avec le LFR-AS-30 de 30 MW électriques en Indre-et-Loire et, surtout, le LFR-AS-200, le premier modèle industriel envisagé autour de 2032. En Belgique, le projet MYRRHA, dirigé par le SCK CEN, explore un système sous-critique refroidi au plomb-bismuth, axé sur la recherche et la transmutation des déchets.
La Suède est également active avec Blykalla, qui développe le SEALER-55, un LFR modulaire de 55 MW électriques utilisant du nitrure d’uranium. Un prototype est prévu avant la fin de la décennie, avec une mise en production prévue au début des années 2030.
Aux États-Unis, Westinghouse Electric Company collabore sur un LFR de 300 à 400 MW électriques, en partenariat avec des entreprises européennes. Des essais de qualification ont déjà été réalisés au Royaume-Uni, et le concept s’intègre dans des initiatives internationales de génération IV.
Enfin, la Chine poursuit ses recherches expérimentales autour de la série CLEAR, bien qu’aucun calendrier industriel définitif n’ait été confirmé récemment.
