Les réacteurs nucléaires CANDU : histoire et caractéristiques

Le réacteur CANDU, une technologie canadienne développée dans les années 1950-1960, utilise de l’eau lourde comme modérateur et de l’uranium naturel comme combustible pour générer de l’électricité. Les modèles CANDU ont évolué, avec des unités de 500 à 880 MWe, puis le CANDU 6 et le CANDU 9. Face à la concurrence, AECL a développé l’Advanced CANDU Reactor (ACR), mais sans succès commercial. Aujourd’hui, Candu Energy, filiale de SNC-Lavalin, soutient les projets existants et développe une version à petit module (SMR) de 300 MWe du réacteur CANDU.

Histoire des réacteurs CANDU

Le développement des réacteurs CANDU a débuté dans les années 1950, lorsque les scientifiques canadiens ont commencé à explorer les possibilités offertes par l’énergie nucléaire pour la production d’électricité [1]. Le premier réacteur CANDU, la centrale nucléaire de NPD (Nuclear Power Demonstration), a été mis en service en 1962 en Ontario, Canada [2]. Depuis lors, plusieurs centrales nucléaires CANDU ont été construites au Canada et dans d’autres pays, notamment en Argentine, en Chine, en Corée du Sud, en Inde et en Roumanie [3].

Caractéristiques des réacteurs CANDU

Les réacteurs CANDU, comme la plupart des réacteurs nucléaires, utilisent des réactions de fission pour chauffer l’eau pressurisée d’un circuit de refroidissement primaire. La chaleur est transférée via un échangeur de chaleur à un circuit secondaire, alimentant une turbine à vapeur et un générateur électrique. La vapeur d’échappement est refroidie, condensée et renvoyée au générateur de vapeur.

Les réacteurs CANDU utilisent de l’eau lourde comme modérateur et caloporteur. L’eau lourde, contenant une forte proportion de deutérium, est plus riche en neutrons que l’eau légère (H20, « normale ») et limite donc moins la réaction en chaine. Cela permet d’utiliser de l’uranium naturel comme combustible. C’est la grande différence avec la plupart des réacteurs, qui utilisent de l’uranium enrichi. Cela permet de ne pas avoir besoin d’enrichir l’uranium, ce qui est une opération couteuse et qui demande une technologie peu répandue: il y a moins de 10 installations dans le monde.

Parmi les principales spécificités des réacteurs CANDU, on trouve :

  1. Les tubes de force : Les réacteurs CANDU sont dotés de tubes de force horizontaux, qui contiennent les faisceaux de combustible et permettent le refroidissement du réacteur [5].
  2. La possibilité de recharger le combustible en cours de fonctionnement : Contrairement à de nombreux autres types de réacteurs nucléaires, les réacteurs CANDU peuvent être rechargés en combustible pendant leur fonctionnement, ce qui permet de maintenir une production d’électricité continue et de réduire les temps d’arrêt pour la maintenance [7].

Le combustible des réacteurs CANDU

Les réacteurs CANDU utilisent des faisceaux de combustible d’environ 10 cm de diamètre, composés de plusieurs petits tubes métalliques. Ces faisceaux sont placés dans des tubes de pression à l’intérieur d’une calandre, un grand récipient contenant de l’eau lourde servant uniquement de modérateur. La calandre, non pressurisée et à des températures plus basses, est plus facile à fabriquer. Pour éviter les fuites de chaleur des tubes de pression vers le modérateur, chaque tube de pression est enfermé dans un tube de calandre, avec du gaz CO2 isolant entre les deux tubes.

Contrairement aux réacteurs à eau pressurisée classiques, le système CANDU permet de recharger le combustible sans arrêter le réacteur, ce qui était un objectif majeur de conception. Deux machines robotiques effectuent le rechargement en continu.

Chaque faisceau de combustible est un cylindre composé de tubes minces remplis de pastilles de combustible d’oxyde d’uranium. Les anciennes conceptions comportaient 28 ou 37 éléments combustibles, tandis que le nouveau faisceau CANFLEX en a 43, avec deux tailles d’éléments, permettant d’augmenter la puissance sans surchauffer les éléments. Les tubes et faisceaux, en zircaloy (zirconium + 2,5 % de niobium en poids), sont transparents aux neutrons pour permettre leur circulation entre les faisceaux.

Applications et exportations des réacteurs CANDU

Les réacteurs CANDU représentent une part importante de la production d’électricité au Canada, en particulier en Ontario, où ils fournissent environ 60 % de l’électricité de la province [8]. En plus de leur utilisation au Canada, les réacteurs CANDU ont été exportés vers plusieurs pays, où ils ont été adaptés aux besoins énergétiques locaux.

L’Inde, par exemple, a développé sa propre version du réacteur CANDU, appelée PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor). Ces réacteurs sont largement utilisés dans le programme nucléaire indien et représentent une part importante de la production d’électricité du pays [9].

En Argentine, la centrale nucléaire d’Embalse, qui utilise un réacteur CANDU-6, a été mise en service en 1984 et continue de fournir de l’électricité au réseau national [10]. La Corée du Sud, la Chine et la Roumanie ont également intégré la technologie CANDU dans leurs programmes nucléaires [11].

Conclusion

Les réacteurs CANDU offrent une alternative intéressante aux réacteurs nucléaires à uranium enrichi et sont particulièrement adaptés aux pays disposant de ressources en uranium naturel. Leur capacité à utiliser de l’uranium naturel, leur conception modulaire et leur capacité de rechargement en combustible en cours de fonctionnement en font une option viable pour la production d’électricité à grande échelle. Alors que la demande mondiale d’énergie propre continue de croître, la technologie des réacteurs CANDU reste un élément clé du paysage énergétique mondial.

Références :