Une rupture numérique ?

Hier, la Société Française d’Énergie Nucléaire a tenu sa convention annuelle, sur le thème « Le nucléaire accélère sa transformation numérique ».

Convention SFEN 2017

Image : SFEN (via Twitter)

Dans son introduction, le président de la SFEN Christophe Béhar a rappelé que le numérique n’est pas une fin en soi, mais un levier puissant qui permettra à la filière nucléaire d’aller plus vite, de manière intégrée, et de revoir ses processus.

Xavier Ursat, Directeur Exécutif d’EDF en charge de la Direction Ingénierie et Projets Nouveau Nucléaire, considère que le nucléaire a « pris du retard » par rapport aux autres industries comme l’automobile ou l’aéronautique. Il admet que le nucléaire est aujourd’hui questionné sur sa compétitivité, sur sa capacité à tenir les coûts et les délais : « L’industrie continuera à réussir si elle tient ses promesses. »

François Gauché, Directeur de l’Énergie Nucléaire au CEA, est revenu sur l’histoire du développement des processus numériques depuis 1948, sur les outils de simulation et de calcul tels que les méthodes Monte-Carlo d’analyse neutronique. L’augmentation de la puissance numérique permet de progresser dans la finesse des calculs.

Bernard Fontana, Chief Executive Officer d’AREVA NP a insisté sur la nécessité d’améliorer le coût d’exploitation de 30% aux Etats-Unis d’ici 2020, pour éviter la fermeture de centrales face à la concurrence du gaz de schiste.

Est-ce raisonnable de compter sur les technologies numériques pour réduire autant le coût du nucléaire ? Le besoin de production d’une énergie décarbonée à faible coût est plus pressant que jamais, et les enjeux sont de taille. Face à la situation critique dans laquelle elle se trouve, il faut que l’industrie fasse preuve d’un peu plus d’imagination.

La notion de technologie de rupture, une innovation qui porte sur un produit ou un service et qui finit par remplacer une technologie dominante sur un marché, a été introduite par Clayton M. Christensen dans son livre « Le dilemme de l’innovateur : quand les nouvelles technologies font disparaître les grandes entreprises« , publié en 1997. Ce livre décrit comment les industries établies, des gros paquebots très focalisés sur les besoins de leurs parties prenantes (clients, actionnaires, employés…), arrivent très rarement à changer de cap.

Par opposition aux technologies de rupture, les technologies de continuité ou d’amélioration continue procèdent par améliorations et incréments graduels successifs des performances de la technologie actuelle. Investir dans le numérique pour améliorer des processus dans la technologie des réacteurs à eau pressurisée, comme la numérisation de documents ou la gestion du cycle de vie des installations, tombe dans cette catégorie.

Il y a de solides raisons de penser que changer le combustible nucléaire d’un solide à un liquide à base de sels fondus pourra être une technologie de rupture. Nous savons que :

  • la capacité des sels fondus à confiner chimiquement des produits de fission
  • l’exploitation à pression atmosphérique
  • le fort mécanisme de contre-réaction d’un combustible liquide
  • la stabilité chimique des sels
  • la haute température de fonctionnement
  • le meilleur taux de combustion de la matière fissile
  • les nombreuses possibilités d’architecture et de modularité
  • la capacité de suivi de charge rapide
  • (…etc…)
…sont autant de facteurs qui devraient permettre de baisser le coût en capital et le coût moyen actualisé pour la production d’énergie d’une centrale nucléaire équipée de cette technologie. Le numérique est également un levier puissant dans ce domaine, pour démontrer la faisabilité de nouveaux concepts :
Transients MSFR

1. Modélisation par couplage neutronique / thermo-hydraulique d’effets transitoires dans un réacteur MSFR

Tube SSR v2

2. Simulation ANSYS / Fluent du flux laminaire de convection de sels fondus dans le tube de combustible d’un réacteur à sels stables (diamètre du tube agrandi sur l’image)

Turbulences TU Delft

3. Modélisation de vortex Taylor dans un milieu à sels fondus

Comment réagir face à une technologie de rupture comme la fission liquide ? Christensen suggère que la seule stratégie de survie pour des grandes entreprises dans cette situation est de créer une filiale start-up, indépendante, agile, avec des faibles coûts de structure, qui peut prendre des risques.

En 1958 Framatome était une start-up, qui a rassemblé la propriété intellectuelle des réacteurs à eau pressurisée de Westinghouse (désormais en faillite) et l’excellence de l’industrie française dans la fabrication de récipients sous pression. Elle a grandi pour devenir l’énorme entreprise multinationale que nous connaissons aujourd’hui sous le nom AREVA.

Nous sommes à 23 jours du premier tour de l’élection présidentielle. Dans le nouveau quinquennat, la France a tous les atouts pour renouer avec cet esprit de start-up et utiliser les leviers du numérique pour engager une innovation de rupture dans le nucléaire. Lire la suite

Qui travaille sur le coût ?

À cheval sur la rivière Aare dans le canton d’Argovie, l’Institut Paul Scherrer (PSI) est le plus grand institut de recherche Suisse.

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Dans la division de recherche sur l’énergie et la sûreté nucléaire de ce centre d’excellence national, 220 personnes travaillent sur :

  • la sécurité, la gestion des déchets et le démantèlement
  • l’éducation
  • les nouvelles technologies, l’innovation et les concepts avancés.

La Suisse a rejoint en 2015 le projet sur les réacteurs à sels fondus du Forum international Génération IV (GIF), et PSI est devenu un partenaire actif dans le programme européen de recherche SAMOFAR, focalisé sur les avantages de sécurité intrinsèques du réacteur nucléaire rapide à sels fondus (MSFR – Molten Salt Fast Reactor).

C’est donc tout naturellement que PSI a été choisi pour héberger, le 24 janvier 2017, un atelier sur l’avancement des travaux du GIF sur les réacteurs à sels fondus.

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Une centaine de participants de 18 pays ont assisté aux présentations faites par des contributeurs venus de Chine, des États-Unis, d’Australie, de Russie, de France, de Suisse et de l’Union européenne.

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Voici une synthèse de quelques points clés de l’atelier :

  • Avec la signature d’un protocole d’accord, les États-Unis ont rejoint le projet réacteurs à sels fondus du forum génération IV le 5 janvier 2017.
  • La Chine a terminé la conception détaillée d’un réacteur de 10MW avec combustible solide, refroidi aux sels fondus. La conception détaillée d’un réacteur avec combustible liquide est en cours.
  • En Chine une équipe de 600 personnes travaille à temps plein sur le programme TMSR, avec en plus 200 étudiants des cycles supérieurs.
  • L’étude d’une version prototype du réacteur MSFR a permis de faire une proposition pour une version « petit réacteur modulaire » de cette technologie.

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  • La commission de réglementation nucléaire des États-Unis (NRC) a publié fin 2016 des documents sur leur feuille de route pour les « réacteurs non eau légère ». Elle va travailler dans les 5 ans à venir sur les réacteurs à sels fondus pour être capable de fournir des permis d’exploitation aux entreprises qui développent cette technologie.
    • ML16356A670 NRC Vision and Strategy: Safely Achieving Effective and Efficient Non-Light Water Reactor Mission Readiness
    • ML16294A181 NRC Non-Light Water Reactor (Non-LWR) Vision and Strategy – Staff Report: Near-Term Implementation Action Plans – Volume 1 – Executive Information
    • ML16334A495 NRC Non-Light Water Reactor (Non-LWR) Vision and Strategy – Staff Report: Near-Term Implementation Action Plans – Volume 2 – Detailed Information
  • Terrestrial Energy USA a informé la NRC de son intention de leur soumettre une demande de permis d’exploitation d’ici octobre 2019 au plus tard.
  • Une nouvelle entreprise start-up, Kairos Power, a été créée en Californie pour commercialiser une technologie de réacteurs à combustible solide, refroidi par sels fondus.
  • Du 2 au 4 juillet 2017 le programme SAMOFAR organisera un atelier sur le campus de l’École polytechnique de Milan à Como en Italie, dans le cadre de son Work Package No.6 (éducation).

 

Une question a été posée suite à la présentation de Jérôme Serp, ingénieur au CEA et administrateur du projet pour le GIF :

« Dans le projet génération IV sur les réacteurs à sels fondus, qui travaille sur le coût ? »

Visiblement, cette question avait l’air de gêner un peu les membres du projet. Il fut répondu que dans le cadre du GIF il y a des travaux sur la méthodologie de chiffrage des réacteurs, mais que personne ne travaille sur les coûts des différentes solutions de réacteurs à sels fondus. Cette situation est à contraster avec les différentes entreprises start-up qui elles travaillent sur la technique ET les coûts.

Pourtant, dans les huit objectifs du forum génération IV, deux sont axés sur la compétitivité économique :

« Économique-1 : Les systèmes d’énergie nucléaire de génération IV auront un avantage clair en coût de cycle de vie par rapport aux autres sources d’énergie. »

« Économique-2 : Les systèmes d’énergie nucléaire de génération IV auront un niveau de risque financier comparable aux autres projets énergétiques. »

La recherche est un processus qui transforme l’argent en idées, et le développement est un processus qui transforme les idées en argent.

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Dans un réacteur nucléaire, si la fission des atomes produit insuffisamment de neutrons, la réaction en chaîne s’arrête. Dans un processus de recherche et développement, c’est la quantité d’Euros dans le système qui compte. Pour faire plus de recherche, il est essentiel de montrer aux développeurs que les idées générées permettront de lancer sur le marché une technologie qui aura des chances d’être compétitive. Pour atteindre la « masse critique » de la R&D, il faut chiffrer.

Nous savons que les avantages intrinsèques de sécurité des réacteurs à sels fondus peuvent générer de grands avantages dans le coût de capital pour fabriquer une centrale, et dans le coût de l’énergie produite. Mais combien ? Dans le projet réacteurs à sels fondus du forum international génération IV, c’est le moment de mettre l’économique avant la neutronique.

UK flag  Cet article est disponible en anglais ici.

Une nouvelle entreprise

Le 9 janvier 2017 John Laurie a donné une présentation à la société des ingénieurs Arts et Métiers, 9 avenue d’Iena à Paris.

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Cette conférence était l’occasion d’annoncer la création, le 1er janvier 2017 de la première entreprise française dédiée à la technologie des réacteurs à sels fondus, nommée Fission Liquide comme ce site.

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La mission de cette entreprise est de connecter les parties prenantes dans cette technologie, de communiquer, de faire sortir le message. Elle n’est pas de faire de la recherche ou le développement d’un réacteur nucléaire.

L’offre de l’entreprise est un conseil indépendant, bilingue français / anglais. Son siège est à Versailles et son numéro SIRET est 824 773 774 00016.

En cliquant sur les icones ci-dessous vous retrouverez la présentation « Éco-modernisme et Fission Liquide » du 9 janvier en format Powerpoint et PDF, ainsi que sa transcription en format Word.

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2016, une année importante pour la fission liquide

Voici quelques moments forts de l’année 2016, avec des liens à cliquer :

Janvier

Février

Mars

Avril

Mai

Juin

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  • Vidéo interactive de Terrestrial Energy d’une centrale IMSR.

Juillet

Août

Septembre

FGDN

Octobre

Novembre

Décembre

  • Dans un entretien avec le magazine Rolling Stone, Sting déclare « Si on va s’attaquer au réchauffement climatique, le nucléaire est la seule façon de créer des quantités massives d’énergie ».
  • Mise à jour du rapport de Third Way Energy sur le nucléaire avancé en Amérique du nord.
  • David Leblanc de Terrestrial Energy reçoit le prix de l’innovation de la Organization of Canadian Nuclear Industries pour le réacteur à sels fondus IMSR.

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Conférence chez les gadzarts

La société des ingénieurs Arts et Métiers regroupe les élèves et anciens élèves de l’École nationale supérieure d’Arts et Métiers – les gadzarts.

gadzartsDans le cadre des manifestations des groupes professionnels nucléaire et énergie, John Laurie donnera une conférence lundi 9 janvier à 18:30 sur « Éco-modernisme et Fission Liquide ».

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Elle aura lieu au siège de la société, 9 avenue d’Iena, dans le 16ème arrondissement à Paris.

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Cette conférence sera l’occasion de faire une annonce importante concernant la fission liquide. Vous pouvez vous inscrire ici.

 

Valeur vs Coût

La vie est pleine d’arbitrages. Que le choix soit majeur comme où habiter, ou mineur comme l’achat d’un produit au supermarché, nous pesons constamment la valeur de nos décisions contre leur coût.

La France a décidé dans les années 1970 de produire une grande partie de son électricité à partir d’énergie nucléaire. En 2015, 58 réacteurs à eau pressurisée dits de « génération 2 » ont produit 76,3% de son électricité. Même si un réacteur nucléaire est une machine très chère, l’énergie nucléaire a beaucoup de valeur – elle permet de produire de vastes quantités d’énergie en sécurité, de façon fiable 24h/24h, sans envoyer dans l’atmosphère du CO2 et d’autres polluants.

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Pour mesurer subjectivement la valeur de l’énergie nucléaire, la quantité d’énergie produite est la première considération, mais les technologies qui permettent de gagner en sécurité, fiabilité, propreté et durabilité apportent aussi de la valeur.

Imaginons un graphique de valeur contre coût.

  • En rouge la partie avec faible valeur et coût élevé
  • En vert la partie avec valeur élevée et coût faible.

Plaçons la technologie actuelle des réacteurs nucléaires de génération 2 au milieu de ce graphique :

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A partir de cet état des lieux, différentes options sont disponibles.

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EPR

On peut par exemple aller vers la technologie de génération 3 (ou 3+) comme le réacteur EPR actuellement en construction à Flamanville.

Cette technologie a de nombreux avantages en termes de sécurité par rapport à la génération 2, avec l’ajout de nouveaux systèmes. Un réacteur EPR est également plus puissant, avec une capacité de 1 650 MWe. La technologie a donc plus de valeur que la génération 2.

Mais la génération 3 est bien plus chère que la génération 2. Le planning du projet ayant été repoussé plusieurs fois, l’estimation pour le coût du réacteur Flamanville 3 est actuellement 10,5 milliards d’euros (soit 6,36 €/W).

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ASTRID

Sinon, il y a l’option de la génération 4, où la France développe le projet ASTRID, qui a pour objectif de relancer la filière des réacteurs à neutrons rapides au sodium, suite aux réacteurs expérimentaux Rapsodie, Phénix et Superphénix. ASTRID est réputé être aussi sûr que les réacteurs de génération 3+, mais apporte de la valeur en fermant le cycle nucléaire pour apporter une vraie réponse au problème de la durabilité.

Dans les mots de monsieur Nicolas Devictor, chef du programme ASTRID au CEA :

« En France, toutes les parties sont d’accord pour dire qu’un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium sera toujours plus cher qu’un réacteur à eau pressurisée. Toujours. »

« Il y a un service par contre qui n’est pas le même. Un réacteur à neutrons rapides – c’est un service sur le cycle, sur la gestion des matières. C’est de l’indépendance énergétique en partie aussi dont on parle, parce qu’en France on a des stocks d’uranium importants. On a un stock de Plutonium significatif aussi. »

Donc ASTRID, comme la génération 3, c’est plus de valeur pour plus de coût.

Une autre option est disponible – celle des petits réacteurs modulaires.

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Petits réacteurs modulaires

Assemblés en usine et livrés à la centrale par chemin de fer ou camion, leur petite taille permet une réduction importante du coût, et un financement plus facile.

Mais avec une puissance typiquement entre 50MWe et 300MWe, il faut construire plusieurs réacteurs pour produire la même quantité d’électricité qu’un réacteur de génération 2. Donc cette technologie présente moins de coût pour moins de valeur.

Toutes ces options technologiques utilisent un combustible à l’état solide. Plaçons les sur notre graphique de valeur vs coût :

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Toutes les technologies ont un seuil de coût minimum. Quand on choisit le concept de la technologie, on choisit aussi son seuil de coût. Le seuil de la fission solide empêche l’industrie nucléaire actuelle de quitter la zone jaune.

La vraie innovation, ce serait une technologie qui nous rapproche du smiley vert – plus de valeur pour moins de coût.

Et la fission liquide peut faire cela. Les technologies en développement de réacteurs à sels fondus ont un coût réduit à cause de leur sécurité intrinsèque.

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De loin le plus grand avantage vient de la chimie des sels fondus. Quand les produits de fission sont créés dans un liquide ionique, ils sont enfermés dans ce liquide qui est chimiquement très stable. Les liaisons fortes entre les atomes les empêchent de sortir du liquide, donc le premier niveau de confinement est assuré par la chimie. On agit directement pour réduire le danger du système de réacteur.

Les sels qu’on utilise sont liquides jusqu’à des températures très élevées, donc le système fonctionne à pression atmosphérique. Tous les problèmes de plomberie qui sont associés avec une opération à pression élevée sont éliminés.

Avec un combustible liquide on peut appliquer plein d’astuces dans la conception de l’architecture du réacteur, qui aident aussi à simplifier la conception et réduire le coût.

En construisant les réacteurs en usine, un peu comme pour les avions, on peut s’inscrire dans la démarche des petits réacteurs modulaires, ce qui apporte aussi un gain de coût. On n’assemble pas les airbus dans les aéroports.

Et dans la production d’énergie thermique, plus c’est chaud, plus c’est utile. Les réacteurs à sels fondus fonctionnent à une température beaucoup plus élevée que le nucléaire actuel – environ 700°C au lieu de 350°C, et ça ouvre la porte à d’autres marchés que l’électricité, comme la chaleur industrielle, la production de carburants de synthèse, ou le dessalement de l’eau de mer.

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Avec une technologie comme le réacteur intégral à sels fondus  (IMSR) de Terrestrial Energy, on peut aller vers un coût très faible pour une technologie nucléaire intrinsèquement sûre.

Ces petits réacteurs modulaires auront des tailles entre 30MWe et 300MWe. Leur commercialisation est attendue dans les années 2020.

SSR.jpgLe réacteur à sels stables (SSR) de Moltex Energy permettrait, avec un coût similaire en Euros par Watt, de remplacer les REP de génération 2 et 3.

D’une puissance minimum de 300MWe, l’ajout de modules de 150MWe porte sa puissance maximum à 1200MWe.

MSFR 2.jpgEt les travaux du CNRS et de l’équipe européenne du projet SAMOFAR sur le réacteur MSFR nous montrent le chemin vers une filière à combustibles liquides tout aussi durable que la filière des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium, mais avec une fraction du coût.

Le seuil technologique de la fission liquide est un nouveau paradigme pour l’énergie nucléaire.

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Avant d’aller sur Mars, avant de faire la fusion nucléaire ou les voitures autonomes, faisons déjà ce changement fondamental pour remplacer les combustibles nucléaires solides par des liquides, pour faire la fission nucléaire correctement.

Une fission nucléaire intrinsèquement sûre, fiable, propre et durable, ramenée à un coût qui permettra de concurrencer les carburants fossiles, peut permettre à l’humanité de simultanément augmenter sa prospérité et réduire son impact sur l’environnement.

Plus de valeur et moins de coût. C’est ça le vrai progrès.

Découverte à Oak Ridge

« Faire progresser les réacteurs à sels fondus – les prochaines étapes » était le thème d’un atelier au Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) les 4 & 5 octobre 2016, basé sur le très réussi « 50e anniversaire de la mise en service du MSRE » tenu l’an dernier.

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Soutenu par le portail pour accélérer l’innovation dans le nucléaire (GAIN) du Département de l’Énergie des États-Unis, cet atelier a été l’occasion pour les acteurs mondiaux de la recherche et du développement des réacteurs à sels fondus de se réunir. Le site internet de l’atelier regroupe l’agenda, les présentations, des photos

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… et aussi une découverte inattendue.

Dans les semaines précédant l’atelier, ORNL a trouvé par chance dans un congélateur de bibliothèque d’archives, un film de 20 minutes sur le réacteur expérimental à sels fondus :

Ce film documentaire de 1969 a été projeté pendant l’atelier puis publié par ORNL sur YouTube. Il revient en détail sur le succès de ce programme de réacteur expérimental, sur ses phases de conception et de construction et sur son fonctionnement avec sûreté et fiabilité entre 1965 et 1969.