Soutenance de thèse de Paul SERVELL

En 2019, le gouvernement français a introduit dans sa Programmation Pluriannuelle de l’Energie (PPE) l’objectif de démontrer la faisabilité industrielle du multi-recyclage du plutonium dans les Réacteurs à Eau Pressurisée (REP), tout en conservant la possibilité d’introduire d’ici la fin du siècle des Réacteurs à Neutrons Rapides (RNR). Le combustible sélectionné doit à la fois respecter les critères de conception des réacteurs et de sûreté nucléaire, être viable économiquement et permettre l’introduction de RNR en stabilisant l’inventaire en plutonium (Pu) dans le cycle. Démontrer cette faisabillité nécessite le développement de méthodes d’optimisations permettant l’étude d’espaces de conception complexes et qui prennent en compte les objectifs énumérés précédemment, avec des cibles d’optimisation parfois antagonistes. Cette thèse présente le développement d’une méthode d’optimisation multi-objectifs du combustible en REP. Cette méthode repose sur sur l’utilisation de métamodèles générés par krigeage, construits à partir de calculs de cœur, qui réduisent la quantité de calculs complexes à réaliser. Grâce à cette méthode d’optimation, deux études ont été réalisées ici. La première étude porte sur l’optimisation du combustible MIX, un combustible MOX avec un support en uranium naturel ou enrichi, dans le cadre du multi-recyclage du Pu. Il s’agit de l’étude d’un réacteur de type EPR chargé à 100 % en MIX. où l’enrichissement en 235U, la teneur en Pu, la qualité fissile du Pu ainsi que sa fraction en 241Pu varient, afin d’intégrer l’évolution isotopique du Pu pendant le multi-recyclage. La seconde étude propose l’optimisation d’un scénario de référence d’un parc électronucléaire composé de réacteurs de type EPR chargés en MIX et d’autres en UOX. Une méthode de chainage, dérivée de la méthode d’optimisation, est utilisée pour simuler en cœur les combustibles calculés dans l’étude de scénario et proposer de nouvelles trajectoires respectant les contraintes des études de cœur.

In 2019, the French government modified its mid-term plutonium management policy, with the introduction of a milestone to demonstrate the industrial feasibility of its multi-recycling in Pressurised Water Reactors (PWR), while keeping the ability to introduce a Fast Reactor (FR) fleet by the end of the century, for which the fuel will be obtained by processing of the PWR spent fuel. The selected nuclear fuel need to meet numerous targeted requirements or drivers including nuclear safety, economic viability and allow FR introduction through fuel cycle plutonium inventory stablisation. Demonstration of this possibility requires performant and innovative optimisation methods development, which takes into account the sometimes contradictory listed set of criteria. This Ph.D work presents the developpment of such a method for multi-objectives fuel optimisation in PWR. It relies on the COCAGNE core simulation code and on kriging-based surrogates models. Two studies were carried out in the work. The first one focuses on about MIX fuel optimisation, a fuel obtained by used MOX fuel reprocessing with a natural or enriched uranium matrix, in a 100 % MIX-loaded EPR-like reactor core, with variations of the U-235 and plutonium enrichment, plutonium fissile quality and Pu-241 massic fraction. The second one looks after scenario analysis, with the optimisation of a reference plutonium multi-recycling with MIX scenario. A chaining method between scenario and core calculation codes, derivated from the optimisation one, is used here to in-core simulate the fuel configurations calculated through the scenario study and to present a new, optimised, scenario, respecting core studies constraints and criteria.