Flexibilité d'un parc électro-nucléaire : minimiser les conséquences de changements dans les stratégies de déploiement des réacteurs à neutrons rapides.

par Jiali Liang

Projet de thèse en Énergie nucléaire

Sous la direction de Marc Ernoult et de Sylvain David.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec Institut de physique nucléaire d'orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    Face aux problématiques du réchauffement climatique, différents scénarios permettant de diminuer la part des énergies fossiles dans le mix énergétique sont étudiées. Parmi eux, l'évolution de l'énergie nucléaire est très variable. Certains scénarios envisagent une augmentation de la part de l'énergie nucléaire pour tirer profit du fait que les réacteurs nucléaires produisent de l'électricité avec de très faibles émissions de carbones mais les difficultés avec le stockage des déchets radio-actifs et les risques d'accident conduisent d'autre scénarios à tabler sur une réduction voir une totale sortie du nucléaire. Le futur de l'énergie nucléaire est donc très incertain et est activement débattu. Pour soutenir et informer ces discussions, les scénarios électro-nucléaires sont d'une importante capitale. Dans les scénarios qui soutienne le développement ou le maintien de l'énergie nucléaire, les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) constitue souvent une grande part, parfois jusqu'à 100 %, des futurs parcs de réacteurs nucléaires. C'est pourquoi, le cycle du combustible devra être optimisé pour permettre la transition depuis la situation actuelle (où la plupart des réacteurs donc des réacteurs à eau légère) vers un parc de RNR-Na aussi rapidement que possible en restant dans les limites du raisonnable. Cependant le déploiement des RNR-Na à l'échelle industrielle n'as pas encore commencé et aucun design industriel de réacteur de puissance n'est disponible. Ce manque ce consensus sur la solution technologique et les incertitudes sur le futur de l'énergie nucléaire pourrait conduire à un désengagement des RNR-Na. Cela laisserait alors le parc nucléaire à la sortie d'une transition optimisée pour le démarrage des RNR-Na sans RNR-Na à construire. Le travail commencera donc par une quantification de l'impact à long terme d'une telle transition incomplète en la comparant avec la transition complète. Pour cela, le doctorant utilisera les outils numériques développés au sein de la collaboration CNRS/IN2P3 : SMURE pour l'évolution des combustibles et CLASS pour les simulations dynamiques de scénarios électro-nucléaires. Ensuite, différentes stratégies correctives visant à réduire cet impact seront étudiées. Ces stratégies s'inspireront des études récentes effectuées au sein de l'équipe d'accueil sur l'incinération du plutonium dans les REP. Ces études aideront à créer de nouveau critères d'évaluation pour les stratégies de gestions électro-nucléaires qui caractériseront la capacité à basculer d'un objectif à un autre. Ces critères seront appliqués dans des études d'élasticité de parcs électro-nucléaires complets, par exemple pour regarder leur réaction à un évènement particulier comme un accident nucléaire.

  • Titre traduit

    Nuclear fleet flexibility studies: minimizing the consequences of changes in the sodium fast reactor deployment strategies.


  • Résumé

    Facing the global warming issue, different scenarios involving transition to lower fossil energies in the energy mix are studied. Among them, the evolution of nuclear energy can be drastically different. Some scenarios consider an increase of nuclear energy as nuclear reactors produce electricity with very little carbon emission but difficulties with storage of radioactive waste and safety issue lead some others to consider a reduction or even a total phase out. The future of nuclear energy is thus very uncertain and actively discussed. To support these discussions electro-nuclear scenarios are of prime importance. In scenarios that promote the future of nuclear energy, Sodium cooled Fast Reactors (SFR) often constitute a large part of future nuclear reactor fleets, sometimes up to 100%. For this reason, the fuel cycle during the transition period should be optimized to allow a transition from current situation (where most of the reactors are Light Water Reactor) to a fleet of SFRs as fast as possible within realist limits. However the deployment of SFRs at the industrial scale has not started yet and no industrial level core design is yet ready. This lack of widely accepted design and the uncertainties about the future of nuclear energy may lead to a disengagement of the SFRs. This would then let the nuclear fleet at the end of the transition optimized for the deployment of SFRs without any SFRs to be deployed. The study would then start by a quantification of the long term impact of such an incomplete transition compared with a fully accomplished transition. For that, the PhD student should use the numerical tools developed by the CNRS/IN2P3 collaboration: SMURE for fuel evolutions and CLASS for dynamic fuel cycle calculations. Then, different correctives strategies that aim to reduce this impact will be investigated. Those strategies will be inspired from the recent work performed in the team on Plutonium incineration in PWR. Those studies will help to create new evaluation criteria for fuel cycle strategies that characterize the ability to switch from an objective to another. Those criteria would be applied for resilience studies of a whole nuclear fleet, or how it will react to a single and particular event like a nuclear accident for instance.