Méthodologie de couplage de la conception de cœurs avec les scénarios électronucléaires : application au cas des RNR-Na

Il existe aujourd'hui au CEA un lien séquentiel entre le processus de conception de cœur de réacteur et les études de scénarios électronucléaires. Dans le cas d’un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR-Na), la phase de conception consiste en la définition des caractéristiques du cœur (géométrie, puissance, temps d’irradiation…) puis en l’évaluation de ses performances à l’aide de calculs neutroniques réalisés avec un nombre limité d’isotopies différentes de plutonium. A l’issue de cette phase, un ensemble de modèles numériques du réacteur est généré et sert notamment à déterminer la teneur en plutonium du combustible neuf et à reproduire l'irradiation qui a lieu dans le cœur. Le scénario, dont le but est de simuler l’évolution dynamique d’un parc nucléaire, utilise cet ensemble de modèles pour reproduire au mieux l'évolution du bilan matière au cours du temps.Avec la logique actuelle, les modèles de réacteurs utilisés par le scénario sont liés à un cœur précis. Toute modification du cœur demande de générer un nouvel ensemble de modèles, faisant du cœur une donnée imposée au scénario plus qu’un paramètre ajustable à loisir. Dans la mesure où il n’existe pas de conception arrêtée en France pour les RNR-Na, il pourrait être pertinent de se servir du RNR-Na au cours des études de scénario comme d’un paramètre modifiable, au lieu de le voir comme une donnée imposée. Côté scénario, l’accès à des paramètres supplémentaires peut permettre l’obtention de meilleurs résultats concernant les objectifs du parc. Côté conception, les tendances de cœurs dégagées lors du calcul de scénario peuvent servir de base pour converger vers un cœur définitif qui répond aux besoins du cycle. De plus, l’intégralité de l’information de l’historique du combustible chargé en RNR-Na peut être utilisée pour évaluer les performances du RNR-Na à chaque instant de sa vie. Fort de ce constat, une méthodologie de couplage entre le calcul de conception de cœur et les calculs de scénarios électronucléaires a été mise en place afin d'exploiter ces axes d'amélioration dans le cas du RNR-Na. Cette méthodologie repose sur l’utilisation d’un modèle flexible de RNR-Na compatible avec l’outil de calcul de référence pour les scénarios COSI, et qui est capable de reproduire le comportement d’un large panel de cœurs différents.Ce modèle flexible est d’abord utilisé dans l’étude statique d’un parc mixte REP-RNR stabilisant l’inventaire en plutonium. Le but de cette étude est de trouver des tendances de cœurs de RNR-Na qui minimisent la fraction de RNR-Na dans le parc, dans la mesure où les RNR-Na auront vraisemblablement un coût plus élevé que les REP. Il ressort de cette étude que les grands cœurs surgénérateurs ou isogénérateurs répondent le mieux à cet objectif. Puis, des études dynamiques à l’aide de COSI sont présentées. Une première étude du déploiement d’un parc 100% RNR en partant d’un parc similaire au parc français a permis de trouver les caractéristiques minimales qu’un RNR doit avoir pour que cette transition soit réalisable. Puis, l’étude dynamique d’une transition vers un parc mixte REP-RNR a montré deux principaux résultats. Premièrement, des transitions viables au cours desquelles une faible fraction de RNR-Na d’une puissance inférieure à 1000 MWth est déployée et mènent à la stabilisation de l’inventaire en plutonium ont été trouvées, démontrant que des petits cœurs sont capables de participer efficacement à la gestion du plutonium sur le long terme. Deuxièmement, des tendances de cœurs permettant à la fois la fermeture du cycle et le déploiement d’un parc mixte REP-RNR avec une fraction de RNR-Na inférieure à 35% ont été mises en évidence. Autrement dit, l’utilisation d’un modèle flexible de RNR nous a permis de trouver des cœurs capables de servir pour deux états finaux différents d’un même scénario. Ces cœurs apportent donc de la robustesse au scénario face à une incertitude sur la composition du parc final.