Le palier N4 correspond à un modèle de réacteur nucléaire à eau légère français de , développé par Framatome et EDF. Il fait partie de la filière des réacteurs à eau pressurisée (REP) et succède au modèle de réacteur du palier P4/P'4.
Sa puissance thermique est de et sa puissance électrique nette d'environ . C'est le modèle de réacteur nucléaire le plus puissant au monde de 2000 à 2018, jusqu'à la mise en service du premier EPR de la centrale nucléaire de Taishan, d'une puissance de .
Depuis , quatre réacteurs N4 sont en service commercial en France pour une puissance cumulée d'environ , soit 9% de la puissance totale du parc nucléaire français.
Historique Le palier N4, pour « nouveau 4 boucles » constitue le troisième et dernier palier du parc de réacteur nucléaire français de deuxième génération. Ce palier concrétise la francisation de ces réacteurs, dont plus aucun composant ne dépend de la licence américaine Westinghouse (à la différence des réacteurs des paliers précédents CP0, CPY et P4/P'4).
Le développement de ce palier est plus lent que prévu dû à des difficultés rencontrées dans le développement du contrôle-commande entièrement numérique, ainsi que par le contexte de ralentissement global du programme nucléaire français. Avec seulement quatre réacteurs construits, il fait suite aux de du palier P4/P'4, et aux de du palier CP0/CPYEDF Document de référence 2005, page 31, EDF, 18 mai 2006.
Comme pour les 58 autres réacteurs nucléaires français de deuxième génération, la chaudière nucléaire est fournie par Framatome et la salle des machines, comprenant le groupe turbo-alternateur, par Alsthom (depuis renommé Alstom). Il s'agit des premiers réacteurs nucléaires équipés de la turbine française Arabelle, alors la plus puissante au monde. gauche|vignette|Calendrier de construction des centrales nucléaires françaises
Les quatre réacteurs N4 de Chooz et Civaux : le train de réacteur N4 La Déclaration d'Utilité Publique (DUP) du palier N4 est obtenue en 1979 et l'avant projet est initié en 1982. La Demande d'Autorisation de Création (DAC) de Chooz-B1, le premier réacteur N4, est déposée en 1980 puis obtenue en ; celle de Chooz-B2 en , et celles de Civaux-1 et 2 en .
L'achèvement du parc nucléaire français dans les années 1990 et la baisse de la croissance de la consommation électrique nationale, entraîne un effet de surcapacité des moyens de production d'électricité en France. Ainsi, à des fins de « lissage » des mises en service des réacteurs nucléaires dans le temps, celles du palier N4 sont volontairement retardées de 4 ou par rapport à la première connexion au réseau de chaque réacteur (le délai normal de mise en service étant souvent de quelques mois).
Projets avorté d'un train de réacteur N4 Dès le début des années 1990, EDF envisage d'implanter d'autres réacteurs N4 en France, regroupés sous l'appellation N4 « train », dont la construction s'étalerait sur la fin des années 1990 et le début des années 2000. L'engagement de ces N4 train serait poursuivi en parallèle de la conception et de la construction par EDF/Framatome des premiers nouveaux réacteurs français de troisième génération nommés REP 2000 (qui après restructuration en 1992 deviendront l'EPR).. Au delà des années 2000, un rythme plus soutenu d'engagement de nouveaux réacteurs type REP 2000 est envisagé, afin de renouveler les plus anciens réacteurs nucléaires de mis en service à la fin des années 70, et qui atteindraient leur durée de vie initiale de .
En 1993, la Direction de l'Équipement et la Direction Générale d'EDF formulent au Conseil d'Administration de l'entreprise deux hypothèses de poursuite du programme nucléaire. La première nommée « hypothèse haute » maintient le rythme de croissance du parc nucléaire français. Au total, elle prévoit six nouveaux réacteurs engagés sur la fin des années 1990 et le début des années 2000, incluant quatre N4 train:
une paire de N4 à la centrale nucléaire de Penly (qui accueille déjà deux réacteurs du palier P'4) : Penly-3 : début des travaux le et mise en service visée en 2001 ; Penly-4 : début des travaux le et mise en service visée en 2004 ; une paire de REP 2000 à la centrale nucléaire du Carnet alors en projet : Le Carnet-1 : début des travaux le et mise en service visée en 2006 ; Le Carnet-2 : début des travaux le et mise en service visée en 2008 ; une paire de N4 à la centrale nucléaire de Flamanville (qui accueille déjà deux réacteurs du palier P4) : Flamanville-3 : début des travaux le et mise en service visée en 2006 ; Flamanville-4 : début des travaux le et mise en service visée en 2007.
La deuxième « hypothèse basse » envisage l'engagement de seulement deux réacteurs N4 train et deux REP 2000. Le début des travaux du premier réacteur N4 train seraient décalés à 1997, suivi d'un rythme d'engagement d'un réacteur tous les trois ans :
une paire de N4 à la centrale nucléaire de Penly : Penly-3 : début des travaux le et mise en service visée en 2003 ; Penly-4 : début des travaux le et mise en service visée en 2009 ; une paire de REP 2000 à la centrale nucléaire du Carnet : Le Carnet-1 : début des travaux le et mise en service visée en 2006 ; Le Carnet-2 : début des travaux le et mise en service visée en 2012.
Quelque soit l'hypothèse retenue, les pré-travaux des futurs réacteurs N4 sur les sites des centrales de Penly et Flamanville sont entrepris au début des années 1990.
Mais le Conseil d'Administration d'EDF décide lors de sa séance du de ne pas commander la construction de nouveaux réacteurs (qu'ils soient N4 ou REP 2000) en avançant deux arguments : une récession économique qui entraine une baisse des prévisions de consommation d'électricité en France ; et l'augmentation de la disponibilité des réacteurs nucléaires (notamment les REP de ) grace à une meilleure gestion de leur rechargement. Les travaux préparatoires des futurs unités et 4 de Flamanville sont stoppés à l'été 1994 devant l'incertitude sur le modèle de réacteur à venir (N4 train ou REP 2000).
Le projet de réacteur N4 train est progressivement abandonnée durant la décennie 90. Le gouvernement Jospin arrivé au pouvoir en est ouvertement contre la poursuite du programme nucléaire français, et annule en le projet de centrale nucléaire du Carnet. En 1998, il est confirmé que les projets de réacteurs nucléaires . Au final, les travaux d'un réacteur N4 à Penly-3 ne seront jamais engagés. Les pré-travaux des réacteurs et 4 de Flamanville seront néanmoins repris en 2006 en vue de l'implantation de l'EPR de Flamanville ; ainsi que ceux de Penly-3 et 4 en 2024 afin d'y implanter les deux premiers EPR2...
Amélioration comparativement aux réacteurs de 900 et
Le palier N4 se différencie des paliers précédents par des améliorations substantielles des performances des générateurs de vapeur et des pompes du circuit primaire, ainsi que par la généralisation de technologies numériques pour le pilotage des réacteurs.
L'enceinte de confinement est similaire à celle des REP avec une double paroi étanche : une interne en béton précontraint et une externe en béton armé.
Comme les autres réacteurs nucléaires français, le combustible est fait d'uranium enrichi entre 3 et 5%. Les réacteurs du palier N4 ne sont pas autorisés à utiliser du combustible MOX.
Caractéristiques techniques
Le cœur du réacteur comporte combustibles abritant chacun de pastille d'uranium pour un poids total de . Le combustible est du dioxyde d'uranium () faiblement enrichi de 3 à 5%. La cuve a une épaisseur de , pour une hauteur de et un diamètre de .
Le circuit primaire possède quatre boucles permettant la circulation d'eau légère dans le cœur du réacteur, maintenue à l'état liquide par une pression à 155 bar. Les quatre générateurs de vapeur transmettent la chaleur du circuit primaire au circuit secondaire, et produisent une vapeur à et de pression. La puissance thermique délivré par la chaudière nucléaire est de , la puissance électrique brute en sortie d'alternateur est de , et la puissance électrique nette est de , ce qui confère un rendement d'environ .
Avant la mise en service de la centrale EPR de Flamanville 3, les centrales du palier N4 étaient les seules en France à avoir un contrôle commande complètement numérique (fourni par Atos WorldGrid), et une salle de commande modernisée. +Caractéristiques techniques des réacteurs du palier N4 13SectionIndicateurRéacteur N4PuissancePuissance électrique nettePuissance électrique brutePuissance thermique nominaleRendement35,7 à 35,9%Enceinte de confinementTypedouble paroiEnceinte interneBéton précontraintPeau d'étanchéitésansDiamètre intérieurHauteur intérieure au centreÉpaisseur de paroi interneVolume intérieur totalEnceinte externeBéton arméÉpaisseur de paroi externeCircuit primairePression de fonctionnementTempérature de l'eau à l'entrée de la cuveTempérature de l'eau à la sortie de la cuveNombre de boucles4Volume du circuit primaire (avec pressuriseur)CuveDiamètre intérieurHauteur totaleÉpaisseur de la paroi à hauteur du cœurMatériau acier16MND5Masse totale à videGénérateur de vapeurNombre4Pression vapeur en sortie de GV à pleine charge (abs)Température en sortie de GVDébit de vapeur par GVSurface d'échangeHauteur totaleMasse totale (sans eau)CœurCombustiblePastilles cylindriques d'UO2Hauteur active des crayonsDiamètre des pastillesDiamètre externe des crayonsMatériaux de gainage des crayonsZircaloyNombre de crayons par assemblage264Nombre d'assemblages de combustible dans le cœur205Puissance linéique moyenne à puissance nominaleContrôle de la réactivitéNombre de grappes de contrôle73Matériau absorbantgrappes hybrides Ag.In.Cd et B4CPompe primaireDébit nominal par pompePuissance à l'accouplement à chaudHauteur manométrique totale106 à Groupe turboalternateurModèle de turbineArabelleNombre de corps haute pression1Nombre de corps basse pression3Vitesse de rotation du groupe turboalternateur
Centrales nucléaires françaises pourvues de réacteurs N4 Quatre réacteurs du palier N4 ont été construits et sont en service en France : deux à la centrale nucléaire de Civaux dans la Vienne, et deux à la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. EDF est l'exploitant de ces deux centrales. Nom du réacteurPuissanceDébut de constructionPremière divergenceRaccordement au réseauMise en service commercialSource froideNette (MWe)Brute (MWe)Thermique (MWth)Chooz-B1Fleuve (Meuse)Chooz-B2Civaux-1Rivière (Vienne)Civaux-2 En , Chooz-B2 devient le réacteur nucléaire le plus productif en une année avec produits, ce qui constitue alors le record mondial. Ce résultat est obtenu grâce à un taux de disponibilité annuel de et un facteur de charge de . Ce record est battu en 2023 par l'EPR de Taishan-2 qui produit cette année là.
Coût de construction L'évaluation précise des coûts de construction dépend de la méthode d'évaluation de ces derniers. En 2012, la Cour des comptes publie un rapport sur les coûts de construction du parc nucléaire français de deuxième génération, à partir des données de dépenses d'EDF. La construction des quatre réacteurs du palier N4 est évaluée à 2010, décomposé en 2010 pour la paire de Chooz-B1 et B2, et pour la paire Civaux-1 et 2..
On note un coût environ 23% plus cher pour la première paire à Chooz comparativement à celle de Civaux. Cela est dû à l'effet "tête de série", qui désigne le premier réacteur construit d'un nouveau modèle. Il est attendu que, dans une certaine mesure, les délais et coûts de construction soient supérieurs à ceux annoncés initialement, du fait de la survenue d'événements imprévus lors de la construction ou de la mise en service. Les réacteurs suivants du même modèle bénéficient du retour d'expérience du réacteur tête de série, permettant une baisse des coûts et des délais, un effet encore amplifié par l'éventuelle économie d'échelle.
Maintenance et sûreté
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