Impact du déploiement de réacteurs de type ASTRID sur la gestion dynamique du plutonium dans des scénarios de transitions électronucléaires

Impact of ASTRID-like reactor deployment on plutonium dynamic management in electronuclear scenarios

• Auteur / Autrice : Léa Tillard
• Direction : Eric Dumonteil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie nucléaire
• Date : Soutenance le 22/11/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Dumonteil, Sylvain David, Elsa Merle, Claire Vaglio-Gaudard, Barbara Vezzoni, David Lecarpentier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elsa Merle, Claire Vaglio-Gaudard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustibles nucléaires

Réacteurs nucléaires

Neutrons rapides

Mots clés libres

RNR-Na,

Simulations de réacteurs nucléaires

Simulations du cycle du combustible

Code CLASS

Plutonium

Aval du cycle

SFR

Nuclear reactor simulations

Fuel cycle simulations

CLASS code

Plutonium

Fuel cycle back-End

Résumé

L'ensemble des lois, décrets et débats publics relatifs à la transition énergétique donne toute son importance à l'étude de scénarios d'évolution de parcs électronucléaires. L’une des stratégies de référence considérées en France envisage le déploiement progressif de Réacteurs à Neutrons Rapides refroidis au Sodium (RNR-Na) de IVe génération. L’exploration des différentes trajectoires et des conséquences associées sur l’ensemble du cycle du combustible sont des étapes indispensables à l’évaluation des scénarios de transitions possibles.C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse, qui analyse l’impact sur la gestion dynamique du plutonium et des actinides mineurs, de scénarios de déploiement de réacteurs de type ASTRID, démonstrateur de RNR-Na développé par le CEA et ses partenaires industriels. La modélisation de deux configurations du réacteur de type ASTRID, un isogénérateur et un incinérateur de plutonium, a été réalisée. Elle permet de valider les hypothèses de calcul, de quantifier les biais associés et de vérifier les principaux coefficients de sûreté. Ensuite, l’impact important de la variation des compositions initiales sur le fonctionnement des deux systèmes est établi. Cela justifie le développement de modèles physiques complexes dédiés, qui sont intégrés au code de simulation dynamique du cycle CLASS, développé par le CNRS/IN2P3 et l’IRSN. L’utilisation d’interpolateurs multidimensionnels et non linéaires dans ces développements permet de modéliser la fabrication et l'irradiation du combustible, en maintenant l’hétérogénéité du réacteur tout au long des simulations. Grâce à ces modèles multizones, la simulation d’un grand nombre de scénarios de transitions de parcs composés de Réacteurs à Eau Pressurisée, vers des parcs mixtes intégrant des RNR-Na, permet d'étudier les effets du déploiement des RNR-Na et d’identifier les éventuelles tensions sur les matières dans le cycle. Enfin, une analyse académique des scénarios présentés dans le cadre de la loi sur la transition énergétique est proposée.

All the laws, decrees and public debates relating to the energy transition, emphasize the importance of the study of electronuclear fleet evolution scenarios. One of the reference strategies for the French electronuclear fleet evolution considers the step by step deployment of Generation IV Sodium-cooled Fast Reactors (SFR). A proper assessment of the possible transitions scenarios requires a thorough study of the different possible trajectories and its associated consequences on the entire fuel cycle.In this framework, this Ph.D. work aims at analyzing the impact on plutonium and minor actinide dynamic management, of ASTRID-like reactor deployment scenarios, a Generation IV SFR developed by the CEA and its industrial partners. The modeling of two ASTRID-like reactor configurations, one plutonium break-even, and one burner, allow the validation of the calculation hypothesis, the quantification of associated bias and the verification of reactor safety coefficients. It was observed that the variation of initial fuel composition had a drastic impact on the system configuration. Within the framework of this research, the dynamic fuel cycle simulator CLASS, developed by the CNRS/IN2P3 and the IRSN was further modified, to meet the requirement of new dedicated complex physics models. These new developments using multidimensional and nonlinear interpolators allow modeling of the fresh fuel fabrication and irradiation while maintaining the reactor heterogeneity throughout the simulations. With these multizone models, effects of SFR deployment is studied, and potential constraints on in-cycle materials are identified by the simulation of transition scenarios, from a Pressurized Water Reactor fleet to a mixed fleet integrating SFRs. An academic analysis of the scenarios presented within the energy transition law is proposed to extend this work.