Conception et optimisation d’un réacteur de type MSFR en sels chlorures et en cycle uranium

Cette thèse porte sur la conception et l’optimisation d’un réacteur dénommé MSFR-Cl à sels fondus et spectre neutronique rapide (MSFR) surrégénérateur utilisant le cycle uranium et des sels chlorures, avec pour objectifs la fermeture du cycle combustible et la réutilisation des combustibles usés produits par le parc actuel de réacteurs à eau pressurisée.Les premières études portent sur la conception et l’optimisation du réacteur dans sa configuration initiale, en prenant comme point de départ le MSFR de référence à sels fluorures et en cycle thorium.A l’aide du code Serpent2 pour les calculs neutroniques statiques et du code SONGe pour l’optimisation sous contrainte de l’extraction de la chaleur, on s’intéresse d’abord au circuit contenant le sel du combustible. Cela comprend le cœur du réacteur, les boucles de recirculation intégrant les échangeurs de chaleur, et le vase d’expansion. Puis sont dimensionnés au mieux du point de vue neutronique les secteurs contenant le sel fertile améliorant la surrégénération, et les protections neutroniques protégeant les échangeurs de chaleur. On obtient ainsi une configuration de base pour le MSFR-Cl sur laquelle on évalue les coefficients de contre-réaction, importants pour la stabilité intrinsèque du réacteur.On analyse ensuite l’évolution de la composition des matériaux du réacteur au cours de son fonctionnement, avec le code REM réalisant des calculs neutroniques en évolution pilotés par la précision et permettant la prise en compte des alimentations et extractions de matière en continu. Après définition d’un schéma de traitement adapté aux sels chlorures, ces études permettent l’optimisation des débits de traitement des sels combustible et fertile, l’estimation de la consommation des actinides mineurs et l’évaluation de la puissance résiduelle du système, en comparaison avec le MSFR de référence.Puis, à l’aide du code système LiCore, on étudie le comportement du réacteur pour quelques transitoires : insertion de réactivité, suivi de charge, pertes de débit au niveau des pompes.L’étude de ce réacteur se conclue par l’analyse de son impact sur des scénarios de déploiement aux niveaux français et mondial, toujours en comparaison avec le MSFR de référence.Un dernier travail porte sur l’analyse préliminaire d’un autre MSFR à sels chlorures à cœur incinérateur sur cycle uranium et couverture fertile sur cycle thorium, un outil pour un gestionnaire de combustible permettant le traitement des combustibles usés actuels et la production de combustible nouveau (233U) pour les MSFR de référence.