Les combustibles avancés, comme les carburants anti-accidents (ATF), les combustibles à particules isotropes tristructurales (TRISO) et l'uranium faiblement enrichi (HALEU) à essai élevé pour les petits réacteurs modulaires (RMR) et les systèmes de production IV, promettent une amélioration considérable des performances dans des conditions normales et hors norme. Cependant, pour que ces innovations des concepts de laboratoire soient mises en oeuvre commercialement, il faut que la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (CRN) soit un cadre réglementaire complexe et hautement conséquent. La Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (CNR) est l'organisme fédéral chargé d'établir les règles et les normes régissant les matières et les réacteurs nucléaires.

Mandat réglementaire et évolution historique du CNRC

Le pouvoir du CNRC découle de la loi de 1954 sur l'énergie atomique, telle que modifiée, et de la loi de 1974 sur la réorganisation énergétique, dont la mission principale est d'autoriser et de réglementer l'utilisation civile de matières radioactives pour assurer une protection adéquate de la santé et de la sécurité publiques, promouvoir la défense et la sécurité communes et protéger l'environnement.

Historiquement, les politiques du CNRC ont été élaborées autour des technologies des réacteurs à eau légère (REL) utilisant des combustibles classiques à base de dioxyde d'uranium (UO2) dans le revêtement en alliage de zirconium.Ces règlements, comme la 10 CFR Partie 50 pour l'octroi de licences aux installations de production et d'utilisation et l'annexe K de la partie 50 pour l'analyse du système de refroidissement de base d'urgence (ECCS), ont bien fonctionné pour la flotte nucléaire américaine existante. Toutefois, ils n'étaient pas conçus pour tenir compte des nouvelles caractéristiques des combustibles de prochaine génération.

Principales politiques du CNRC Élaboration de la prochaine génération Développement du combustible

Voies de délivrance des permis et cadres réglementaires

Pour les carburants de remplacement, le processus actuel de la partie 50 du RCF (avec mise à jour par le 10 CFR 50,46 pour les limites de température de crête) ou la méthode de licence combinée de la partie 52 s'applique. Pour les carburants avancés non-REL comme TRISO dans les réacteurs à haute température refroidis au gaz, le CNRC a introduit un cadre réglementaire plus souple dans la partie 53 du RCF 10, une nouvelle règle qui met l'accent sur une approche axée sur les risques, qui tient compte de la technologie. Cette règle vise à simplifier les examens sans sacrifier la sécurité, permettant aux promoteurs de présenter des données sur la performance du carburant conformément aux mécanismes de défaillance spécifiques de leur conception.

Tolérance aux accidents et critères de sécurité améliorés

Après l'accident de Fukushima Daiichi en 2011, le CNRC a accéléré son action sur les combustibles tolérants aux accidents.Ces carburants sont conçus pour tolérer la perte de refroidissement actif pendant des périodes beaucoup plus longues que les combustibles standard UO2-zirconium, produire moins d'hydrogène et conserver des produits de fission plus facilement dans des conditions d'accident graves.Les changements de politiques du CNRC comprennent l'acceptation de matériaux de revêtement plus robustes (alliages fer-chromium-aluminium, composites de carbure de silicium) et de granulés de combustible avancés (p. ex., UO2 dopé, silicide d'uranium). L'agence a publié des directives pour l'essai et l'examen accélérés des concepts de l'ATF, y compris l'utilisation de tiges d'essai et d'assemblages d'essai de plomb dans les réacteurs commerciaux.

Critères de qualification et de rendement du carburant

Le CNRC s'appuie sur une combinaison de données provenant des réacteurs d'essai, des méthodes d'irradiation commerciale et des méthodes d'analyse.Pour les combustibles de prochaine génération, l'enveloppe de qualification peut être beaucoup plus large que pour les combustibles LWR, en particulier pour les modèles destinés aux spectres à neutrons rapides ou à très hautes températures. Le Plan d'examen standard du CNRC (PRS) pour les combustibles non LWR décrit des approches acceptables. De nouvelles politiques ont encouragé le Bureau de la recherche en réglementation nucléaire (RES) du CNRC à collaborer avec le ministère de l'Énergie (DOE) à l'élaboration de codes de rendement consensuels en matière de carburant, tels que BISON et MOOSE, qui sont de plus en plus acceptés pour les présentations réglementaires.

Examens environnementaux et gestion des déchets

Les politiques du CNRC se recoupent également avec les règlements environnementaux en vertu de la Loi nationale sur la politique environnementale (LNE), qui prévoit que toute mesure d'autorisation de mise en marché de combustibles doit être soumise à une évaluation environnementale ou à un énoncé des incidences environnementales. Pour les nouveaux types de combustibles, le CNRC peut exiger une analyse des impacts à long terme des déchets, comme le potentiel de réduction du volume ou de différents profils de rejets de radionucléides.

Impact sur l'innovation : Forces habilitantes et obstacles persistants

Initiatives de soutien et programmes de collaboration

Le Guide de réglementation du CNRC 1.233 fournit un cadre pour l'utilisation d'approches fondées sur le risque pour élaborer des bases de conception pour les non-REL. De plus, le CNRC participe au Groupe de travail sur l'élaboration de la réglementation du réacteur de pointe et organise des ateliers publics sur des questions d'actualité comme la sécurité des carburants et les essais, ce qui réduit l'incertitude réglementaire et donne une idée claire des attentes, particulièrement pour les entreprises qui ont un soutien à l'entreprise.

Défis et obstacles au déploiement

Malgré les progrès réalisés, des défis importants subsistent.L'accent traditionnel mis sur les critères de sécurité déterministes peut entrer en conflit avec les caractéristiques probabilistes du rendement des carburants avancés intrinsèquement sûrs.Par exemple, les carburants TRISO sont conçus pour retenir les produits de fission même si tout le refroidissement est perdu, mais les recommandations de dose actuelles du CNRC pour les LWR ne peuvent pas être directement intégrées à un tel profil de risque.Cette inadéquation peut entraîner des analyses longues et coûteuses et des demandes de données supplémentaires.Les petits promoteurs doivent aussi faire face à un obstacle financier considérable : le coût d'un examen préalable à la demande ou d'un rapport d'actualité peut atteindre des millions de dollars, et le calendrier global de qualification du carburant peut dépasser une décennie.

- Nous avons besoin d'un cadre réglementaire prévisible et adaptable. Le CNRC a fait de grands progrès, mais il y a encore un écart entre le rythme de l'innovation et le rythme de l'examen réglementaire.Le dialogue et l'investissement continus dans les sciences réglementaires sont essentiels.

Études de cas : Les politiques du CNRC en pratique

Programme des carburants tolérants aux accidents (PFA)

Le programme de l'ATF, dirigé par le DOE en partenariat avec les leaders de l'industrie Westinghouse, GE Global Nuclear Fuel et Framatome, illustre bien l'évolution des politiques du CNRC pour encourager l'innovation. Vers 2015, le CNRC a travaillé en étroite collaboration avec ces promoteurs pour définir une approche d'essai par étapes : d'abord dans les réacteurs d'essai (p. ex., le réacteur d'essai avancé à l'INL), puis comme tiges d'essai de plomb dans les réacteurs commerciaux à partir de 2018. Le CNRC a donné confiance aux services publics pour accueillir les expériences. D'ici 2020, le CNRC a émis une ébauche d'évaluation de la sûreté pour le premier lot d'assemblages d'essais de plomb de l'ATF, approuvant leur utilisation pour une période limitée.

Combustible qualifié TRISO pour les HTGR

La méthode de réglementation du système TRISO a été plus prudente. Comme le combustible TRISO est fondamentalement différent du combustible LWR, le CNRC a dû créer un nouveau cadre de qualification du combustible, appelé . Ce plan décrit les critères d'acceptation pour le rendement du combustible dans les domaines de la température et de la combustion, en s'appuyant sur les données tirées des essais effectués au Laboratoire national d'Oak Ridge et des expériences AGR-1, AGR-2 et AGR-3/4. La politique du CNRC consistant à insister sur des données d'irradiation de haute qualité et statistiquement significatives, qui nécessitent souvent 20 capsules ou plus, a donné lieu à un processus de qualification long et coûteux, mais elle a aussi produit un niveau de fiabilité qui appuie l'octroi de licences.

Perspectives internationales et efforts d'harmonisation

Les promoteurs de combustibles de nouvelle génération cherchent souvent à obtenir des approbations réglementaires dans plusieurs pays pour maximiser les débouchés. Les différences de politiques entre le CNRC et d'autres organismes de réglementation importants, comme la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN), l'Autorité française de sûreté nucléaire (ASN) et l'Autorité japonaise de réglementation nucléaire (ARN), peuvent créer des chevauchements d'efforts. Le CNRC a participé activement à des forums bilatéraux et multilatéraux d'harmonisation, notamment le Programme multinational d'évaluation de la conception (PEM) et le Comité des normes de sûreté nucléaire de l'AIEA.

Orientations futures : Politiques en évolution pour les besoins de la prochaine génération

Réglementation fondée sur le risque et fondée sur le rendement

Pour ce faire, le CNRC s'est engagé à modifier son approche réglementaire en vue d'utiliser davantage les méthodes fondées sur le risque et le rendement (RIPB). Pour le développement du combustible, il faut s'éloigner des critères normatifs rigides (p. ex., température de crête fixe de 1200 °C) pour évaluer probabilistement la défaillance du combustible dans des scénarios précis. La règle de la partie 53 en suspens prévoit des dispositions pour évaluer la performance du combustible du RIPB. Cette orientation devrait profiter aux combustibles qui ont des taux de défaillance très faibles dans des conditions extrêmes, comme TRISO et ATF.

Fabrication avancée et Twins numériques

Le CNRC étudie actuellement la façon de réglementer ces procédés, en mettant l'accent sur l'assurance de la qualité, la reproductibilité et les normes d'inspection. L'agence a élaboré une ébauche de lignes directrices sur la fabrication avancée et les jumeaux numériques pour le combustible nucléaire.Le CNRC insiste sur la nécessité de valider les modèles numériques par rapport aux essais physiques.

Cycle et infrastructure du combustible HALEU

La disponibilité de l'uranium enrichi en HALEU entre 5 % et 20 % 235U—est une condition préalable à de nombreux réacteurs de pointe.Les règlements du NRC sur l'enrichissement, le transport et le stockage de l'uranium enrichi en HALEU ont été initialement élaborés pour des niveaux d'enrichissement plus faibles. L'agence a mis à jour son cadre réglementaire pour la manutention de l'uranium enrichi, y compris les révisions du NUREG-2167 (Plan d'examen standard des licences d'installations de combustible) et la publication de directives provisoires sur la sécurité de la criticité des racks de stockage de l'uranium enrichi.

Conclusion : Équilibrer la sécurité et l'innovation

L'évolution de ces politiques, des cadres déterministes traditionnels aux nouvelles approches axées sur les risques et qui tiennent compte des technologies, reflète un effort délibéré pour suivre les progrès scientifiques et techniques. Les combustibles des réacteurs de la prochaine génération, avec leurs marges de sûreté accrues et leur rendement supérieur, ne peuvent réaliser pleinement leur potentiel que si l'environnement réglementaire offre à la fois rigueur et souplesse. La collaboration continue entre le CNRC, le DOE, les promoteurs de l'industrie et les partenaires internationaux est nécessaire pour relever les défis qui restent : financement des essais d'irradiation à long terme, résolution des incertitudes liées à l'examen environnemental et mise au point en temps opportun des politiques de la partie 53 et de l'UEAL.

Pour plus de renseignements, consultez le portail Web du CNRC sur les licences de réacteurs et le Guide de réglementation du CNRC 1.233 pour des approches fondées sur le risque des critères de conception de réacteurs avancés.