PEPR SCIAM : la recherche esquisse l’avenir du nucléaire de fission

Quels sont les principaux enjeux à l’origine de ce PEPR dédié à la recherche amont sur le nucléaire de fission ? 

Nicolas Arbor1 : La sortie de la dépendance aux énergies fossiles et l’accroissement de la production d’électricité décarbonée font partie des objectifs principaux de la politique énergétique française. Ce changement de paradigme s’est traduit en 2022 par une relance inédite du nucléaire, qui reste aujourd’hui avec l’hydroélectrique une des deux sources électriques décarbonées pilotables susceptibles de représenter une part importante du mix énergétique, en complément des énergies renouvelables intermittentes. Le PEPR SCIAM (Science amont nucléaire de fission) représente la partie amont de cette stratégie nationale de relance. Il vise à renforcer les capacités scientifiques et technologiques de la France en soutenant des actions en faveur de la recherche, de la formation et de l’industrie. 

Ce programme national est le premier PEPR sur l’énergie nucléaire de fission. Son objectif est de consolider et d’enrichir le socle de connaissances fondamentales, au travers de la production de données de base et de modèles numériques. Il s’agit également de maintenir et de développer un parc d’infrastructures et d’équipements de très haut niveau, condition indispensable à la compétitivité et à l’attractivité de la recherche française. Le programme vise en outre à renforcer la formation des nouvelles générations de scientifiques par et pour la recherche, notamment au travers du financement de stages, de thèses et de post-doctorats.

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  Professeur à l’Université de Strasbourg au sein de l’Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS / Université de Strasbourg).

Qu’apporte la recherche fondamentale au domaine du nucléaire de fission ?

N. A. : La recherche amont s’intéresse aux processus fondamentaux de la filière nucléaire. Elle va les étudier en laboratoire dans des environnements maîtrisés, dans le but de produire de nouvelles connaissances en appui à l’innovation. Le programme SCIAM s’intéresse ainsi à quatre aspects. Le premier cherche à documenter et quantifier avec le plus d’exactitude possible la façon dont chaque noyau est susceptible de réagir au sein des réacteurs. C’est ce que l’on appelle les données nucléaires. Le second axe se concentre, quant à lui, sur l’étude du comportement du corium, ce mélange complexe constitué de phases solides et liquides et qui se forme en cas d’accident grave de fusion du cœur du réacteur. Le troisième axe concerne la radiochimie qui s’intéressera plus spécifiquement aux données physico-chimiques des radionucléides en solution dans des environnements variés allant du combustible à l’environnement. Enfin l’irradiation des matériaux et notre capacité à prédire leur évolution en réacteur constitue le dernier axe. Ces quatre thématiques ont été retenues en raison de leurs liens étroits avec plusieurs enjeux scientifiques et technologiques tant pour le parc actuel de centrales nucléaires que pour les systèmes futurs.

Concrètement, qu’apportent ces nouvelles connaissances scientifiques à la filière industrielle ?

N. A. : Derrière la production de données nucléaires, l’enjeu est clairement l’amélioration de la prédictibilité des outils de calcul utilisés pour optimiser les performances des réacteurs nucléaires ou modéliser de nouveaux concepts de réacteurs pour lesquels nous avons encore peu de retours d’expérience, comme les petits réacteurs modulaires ou les réacteurs de quatrième génération. L’étude du corium, et en particulier son interaction avec l’eau utilisée pour le refroidir, a pour objectif final de fiabiliser le confinement de ce mélange complexe hautement radioactif en cas d’accident et d'élaborer des approches réalistes de gestion accidentelle à moyen et long terme (de quelques semaines à quelques mois). En radiochimie, l’étude de l’interaction des radionucléides au sein du combustible et des mécanismes de transfert dans l’environnement jusqu’aux êtres vivants va, pour sa part, appuyer le recyclage des matières issues du combustible usé. Cette fermeture du cycle représente un enjeu majeur pour rendre la filière plus durable. Enfin, la recherche amont sur les effets de l’irradiation des matériaux servira à la construction de nouvelles centrales et à l’exploitation prolongée de réacteurs actuels à 60 ans ou au-delà en accord avec la stratégie nationale de transition énergétique. 

Quels sont les atouts de la France dans le domaine de la recherche amont sur le nucléaire de fission ?

N. A. : Nous avons la chance, en France, d’avoir un écosystème de recherche diversifié et complémentaire sur la thématique du nucléaire de fission piloté par le CEA, le CNRS, l’Autorité de Sûreté Nucléaire et de Radioprotection (ASNR), ainsi que les universités et écoles partenaires. Il existe également un réseau d'animation scientifique déjà très actif sur le territoire, qui repose notamment sur des programmes, groupements de recherche et associations scientifiques travaillant en lien avec l’industrie et les acteurs publics1. Nous allons également pouvoir travailler avec des acteurs liés à l’enseignement et la formation. 

L’industrie nucléaire française est bien entendu un atout majeur pour les scientifiques. La réussite des stratégies énergétiques actuelles et futures repose pour partie sur cette relation industrie-recherche qu’il n’est jamais inutile de rediscuter, voire de repenser. Il semble en effet essentiel pour la filière nucléaire d’accompagner l’émergence de nouvelles connaissances afin de stimuler l’innovation et d’assurer la continuité des progrès scientifiques sur plusieurs décennies.

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  Il s’agit en particulier du réseau NEEDS (Nucléaire : Énergie, environnement, déchets, société), et du groupement de recherche SciNEE (Sciences nucléaires pour l’énergie et l’environnement) du CNRS, de la sous-division CRRC (Chimie sous rayonnement et radiochimie) de la Société chimique de France ou encore de l’Association française de thermodynamique des matériaux.

Comment les différents acteurs du domaine s’articulent-ils dans ce PEPR ?

N. A. : Le PEPR SCIAM est porté par l’agence de programme énergie décarbonée (APED) et co-dirigé scientifiquement par le CNRS et le CEA. Cette complémentarité entre ces deux organismes, en association forte avec leurs partenaires des universités et écoles, est au cœur même de la structuration du programme avec notamment la constitution de binômes pour la direction scientifique et la coordination des projets. Le renforcement des collaborations est également un enjeu fort au niveau des travaux de recherche mis en place (co-encadrement de doctorants et post-doctorants, accueil d’équipes sur les installations, partage d’équipements). L’ASNR vient renforcer le CEA, le CNRS et les universités, de manière complémentaire et ciblée sur quelques volets spécifiques, pour atteindre un total de 27 partenaires. Cette structuration a été pensée pour créer une synergie nouvelle entre les différents niveaux de R&D, tout en restant focalisé sur la recherche amont, et d’améliorer in fine les objectifs industriels et sociétaux de la filière française.