Comment fonctionnent les réacteurs surgénérateurs rapides – et pourquoi ils sont importants

Un réacteur qui fabrique son propre combustible

La plupart des centrales nucléaires sont intrinsèquement gaspilleuses. Les réacteurs à eau légère conventionnels extraient moins de 1 % de l'énergie contenue dans l'uranium avant de rejeter le reste sous forme de combustible usé. Les réacteurs surgénérateurs rapides promettent de changer complètement cette équation : en produisant plus de matières fissiles qu'ils n'en consomment, ils pourraient théoriquement extraire la quasi-totalité de l'énergie contenue dans l'uranium ou le thorium, améliorant ainsi le rendement énergétique d'un facteur 100.

Le concept captive les ingénieurs nucléaires depuis l'aube de l'ère atomique. Pourtant, après sept décennies de développement dans une douzaine de pays, seule la Russie exploite un réacteur surgénérateur rapide commercial. Comprendre comment ces machines fonctionnent – et pourquoi elles se sont avérées si difficiles à maîtriser – explique l'un des paradoxes les plus persistants de l'énergie nucléaire.

Comment fonctionne la surgénération

Dans un réacteur conventionnel, l'eau ralentit les neutrons pour augmenter la probabilité de fission des atomes d'uranium 235. Un réacteur surgénérateur rapide adopte l'approche inverse : il n'utilise aucun modérateur, permettant aux neutrons de se déplacer à grande vitesse. Ces neutrons rapides sont moins efficaces pour provoquer la fission, mais ils excellent dans autre chose : transmuter l'uranium 238 non fissile en plutonium 239, un combustible nucléaire puissant.

Le cœur du réacteur contient du combustible d'uranium enrichi (15 à 20 % d'U-235) entouré d'une « couverture » d'uranium naturel 238. Lorsque le cœur subit une fission et libère des neutrons, la couverture les absorbe, convertissant progressivement l'U-238 en Pu-239. Lorsque le taux de surgénération dépasse 1,0, le réacteur génère plus de combustible qu'il n'en brûle – d'où le nom de « surgénérateur ».

Étant donné que l'eau ralentirait les neutrons, les surgénérateurs utilisent généralement du sodium liquide comme liquide de refroidissement. Le sodium transfère efficacement la chaleur et ne modère pas les neutrons, mais il introduit de sérieux défis d'ingénierie : il réagit violemment avec l'eau et s'enflamme au contact de l'air.

Un bilan mondial problématique

Les États-Unis ont construit le premier réacteur surgénérateur au monde, EBR-I, en 1951 – c'était également le premier réacteur à produire de l'électricité. Depuis lors, les États-Unis, le Royaume-Uni, la France, l'Allemagne, le Japon et l'Inde ont tous poursuivi des programmes de surgénération, avec des résultats mitigés.

Le Superphénix français, un géant de 1 242 MWe entré en criticité en 1985, est devenu un exemple à ne pas suivre. En proie à des fuites de sodium, des dépassements de coûts et des protestations publiques, il n'a atteint un facteur de fonctionnement que de 14,4 % avant d'être définitivement arrêté en 1998. Le réacteur japonais Monju n'a pas fait mieux : une fuite de sodium et un incendie en 1995 l'ont maintenu hors ligne pendant la majeure partie de son existence avant que le démantèlement ne commence en 2018.

La Russie constitue l'exception notable. Son BN-600 fonctionne depuis 1980, et le plus récent BN-800 a commencé son exploitation commerciale avec du combustible MOX (mélange d'oxydes) en 2020. Bien qu'il ait signalé 27 fuites de sodium au cours de ses 17 premières années (dont 14 ont provoqué des incendies), le BN-600 a maintenu une production relativement stable, et la Russie conçoit actuellement le BN-1200, plus grand.

Le dilemme de la sécurité et de la prolifération

Au-delà des incendies de sodium, les surgénérateurs rapides présentent un risque nucléaire unique. Contrairement aux réacteurs refroidis à l'eau qui s'arrêtent en cas de perte de liquide de refroidissement, un réacteur rapide peut devenir plus réactif si le sodium s'écoule – un phénomène appelé coefficient de vide positif. Dans des scénarios extrêmes, l'effondrement du cœur pourrait théoriquement produire une petite excursion nucléaire, bien que les conceptions modernes intègrent des dispositifs de sécurité passive pour éviter cela.

La prolifération est une autre préoccupation persistante. Étant donné que le cycle de surgénération produit du plutonium 239 – le même isotope utilisé dans les armes nucléaires – les critiques soutiennent qu'un déploiement généralisé de surgénérateurs multiplierait les possibilités de détournement de matières utilisables pour la fabrication d'armes. Les usines de retraitement nécessaires pour extraire le plutonium surgénéré des couvertures irradiées ajoutent un autre maillon à la chaîne de prolifération.

Pourquoi l'intérêt se ravive

Malgré des décennies de revers, les surgénérateurs rapides suscitent un regain d'attention. Le Prototype Fast Breeder Reactor de 500 MWe de l'Inde à Kalpakkam a atteint sa première criticité en avril 2026, faisant de l'Inde le deuxième pays après la Russie à disposer d'un surgénérateur commercial à l'échelle industrielle en exploitation. L'Inde considère cette technologie comme essentielle à son programme nucléaire en trois étapes, qui vise à terme à exploiter les vastes réserves de thorium du pays.

La Chine poursuit également des réacteurs rapides, avec son CFR-600 en construction. L'attrait est simple : dans un monde à la recherche d'une énergie sans carbone, un réacteur qui multiplie l'approvisionnement en combustible par cent et qui peut potentiellement consommer les déchets nucléaires existants offre une voie prometteuse – bien que techniquement ardue – vers l'avenir. La question centrale du développement des réacteurs surgénérateurs reste de savoir si les nations peuvent enfin maîtriser les défis techniques et politiques qui ont mis en échec la plupart des tentatives précédentes.