Fundamentals of reactor physics with a view to the (possible) futures of nuclear energy

Cet article présente les bases de physique nucléaire et de neutronique permettant d'appréhender deux des principaux enjeux auxquels devra faire face l'énergie nucléaire dans le futur : la production des déchets nucléaires et la consommation des ressources naturelles. Nous montrons que ces deux problématiques sont liées par le statut du plutonium, qui peut être considéré, soit comme le déchet principal, soit comme une matière valorisable qui doit être conservée pour la transition vers des réacteurs régénérateurs comme ceux refroidis au sodium (SFR en anglais). Ce type de réacteur ne dépend pas des ressources naturelles, car il produit sa propre matière fissile, le plutonium 239, après une capture neutronique sur l'uranium 238. Cependant, l'exploitation des SFR nécessite un très grand inventaire de plutonium, qui doit être produit dans les réacteurs actuels comme les réacteurs à eau sous pression (PWR en anglais). L'uranium naturel considéré comme disponible sur terre aujourd'hui devrait permettre le fonctionnement des réacteurs actuels jusque vers 2100. La transition des PWR vers les SFR est nécessaire, si et seulement si le développement de l'industrie nucléaire connaît un développement très important pendant ce siècle. Sinon, le plutonium, l'élément le plus radiotoxique produit dans les REP, doit être considéré comme un déchet. Ainsi, le statut du plutonium dépend de l'évolution future de l'énergie nucléaire. Ce papier montre que la gestion du plutonium, comme élément le plus difficile à gérer sur le long terme, doit être optimisée, puisqu'il est une matière nécessaire à la transition vers les régénérateurs. Nous présentons ici la physique nucléaire essentielle à la compréhension des enjeux essentiels que rencontrera l'énergie nucléaire dans le futur. Ceux considérés sont la production des déchets nucléaire et la consommation des ressources naturelles. Cet article montre qu'ils sont liés par le statut du plutonium, qui peut être considéré, soit comme le déchet principal ou comme une matière utile qui rendrait la transition vers les SFR possible.