Compte rendu du colloque « Le nucléaire du Futur »

La Fondation Ecologie d’Avenir a publié sur son site internet le compte rendu du colloque « Le nucléaire du Futur » du 22 novembre à Paris.

On y retrouve la présentation de Daniel Heuer : « Thorium et sels fondus », avec la vidéo et les diapositives de la présentation en format .pdf

Daniel_Heuer_Thorium_et_sels_fondus_Colloque_Nucléaire_du_futur

Vous trouverez également ici sur energieduthorium.fr, la transcription de cette présentation. Voici quelques citations extraites de cette transcription:

Le cycle thorium est le seul alternative au cycle uranium

Trois avantages [du thorium] que l’on met en avant généralement :

  • Une production de transuraniens réduite
  • La régénération au spectre thermique
  • La non prolifération

Par rapport au cycle Pu […] les avantages qu’on obtient sont :

  • meilleure utilisation des ressources et
  • moins de production de déchets

Quels sont les avantages d’un combustible liquide ?

  • Tout est homogène tout le temps puisque le combustible circule en permanence
  • Vous déposez les fragments de fission dans le caloporteur […] et là, vous gagnez une réactivité du réacteur qui est très très importante 
  • Le pilotage est fait uniquement à l’extérieur grâce à cet avantage du fait que la chaleur est directement déposée dans le caloporteur.
  • Lorsque vous voulez arrêter le réacteur, vous faites écouler le combustible liquide dans d’autres réservoirs qui eux ont une géométrie telle qu’on est sur de ne jamais être critique et la puissance résiduelle est évacuée passivement, sans aucune intervention. On a deux géométries différentes – on n’est pas coincé comme à Fukushima où d’un seul coup vous n’avez plus de refroidissement […] et c’est vraiment un très très gros avantage de sûreté.
  • Vous avez la possibilité de retraiter le combustible sans arrêter le réacteur

Le MSRE […] a fonctionné à 8MW thermiques pendant 5 ans. Il n’y a pas eu de problèmes de corrosion, donc ce problème a été parfaitement résolu par les américains à cette époque là, grâce à la Hastelloy-N qui permet de manipuler ce genre de combustible sans problème.

On a pu définir un nouveau type de réacteur, […] qui a été baptisé “Molten Salt Fast Reactor”, donc le MSFR, qui a donc comme différence fondamentale par rapport au MSBR c’est qu’il n’y a plus de graphite. […] il a un certain nombre d’avantages, d’abord tous les coefficients de contre réaction sont très largement négatifs […] Et donc on a là un réacteur intrinsèquement stable, parfaitement sûr, qui n’a besoin […] ni de barres de commande ni de barres d’arrêt d’urgence : on arrête le réacteur en vidant le sel tout simplement.

Ce réacteur a été retenu par le forum international Gén. 4 en 2008

On a envisagé un réacteur incinérateur : puisque c’est un mange-tout, il peut aussi manger [les inventaires de fin de vie]

Le cycle thorium est le seul alternative au cycle uranium, donc il serait idiot de ne pas s’y intéresser

Le thorium est bien adapté au combustible liquide de type fluorure, et les fluorures trouvent tout leur potentiel dans le thorium.

Pour l’instant on travaille avec le projet Européen EVOL qui est un projet d’un million d’Euros pour dix labos européens, enfin pour 10 pays, sur 3 ans seulement. Donc c’est 300.000 Euros par an répartis entre 10 pays ça fait donc pas grande chose.

Image : Fondation Ecologie d’Avenir

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10 réflexions au sujet de « Compte rendu du colloque « Le nucléaire du Futur » »

  1. Bonjour,

    je suis avec intérêt vos publications sur le Thorium, et je vois que vous en vantez les nombreux avantages. Mais je trouve qu’a trop pousser les « avantages », ça donne une impression de manque d’objectivité. Pouvez vous svp répondre à ces question ?

    quels sont les inconvénients du Thorium ?
    S’il est si avantageux, pourquoi est-il si négligé ? (il y a peut-être « mieux » du coté des nano ou d’autres techno par exemple ?)
    En admettant que la France se lance dans le Thorium demain, a quelle échéance peut-on espérer :
    * un premier prototype
    * une industrialisation de la fabrication
    * un parc complet (pour quelle production cible au juste ?)

    merci

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    • Bonjour,

      Les inconvénients du thorium sont:
      – La filière d’extraction et de purification de cet élément n’existe pas
      – La technologie des réacteurs à sels fondus n’est pas développée
      – L’exploitation du thorium en forme de combustible liquide demanderait un « business model » différent dans l’industrie nucléaire, les acteurs industriels actuels de la filière uranium ne sont pas intéressés par ce genre de changement
      – Toute une génération de scientifiques et ingénieurs dans le nucléaire ont été formés sans qu’on leur parle de thorium ou de réacteurs à sels fondus
      – Il est techniquement possible, même si très très difficile, de faire un arme nucléaire avec de l’Uranium 233

      Sur l’historique de l’abandon par les américains de la filière thorium / sels fondus (suivi par le reste du monde), je recommande la vidéo suivante de Kirk Sorensen, chez Google (en anglais…)

      Sur l’échéance, tout dépend de la volonté politique et industrielle. Si nous continuons à la vitesse actuelle cette technologie restera une technologie du futur pendant longtemps. En Chine par contre ils visent un premier prototype de 2MW pour 2020, puis un réacteur 20MW, puis un démonstrateur 100MW

      (voir surtout entre 14:10 – 19:45)
      http://energieduthorium.fr/?attachment_id=474
      Nous pouvons faire de même, il faut simplement (!) que l’industrie nucléaire et la politique européenne changent de cap. Avec suffisamment d’investissement un premier déploiement d’ici 15 ans est tout à fait possible.

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  2. Si je comprends bien en simplifiant on a une soupe liquide à ~800°C, source d’énergie thermique à cette température grâce à une composition de produits source de réaction de fission.
    – pour arrêter les réactions de fission en chaine il suffirait de réduire le volume en plusieurs parties plus petites et isolées les unes des autres du point de vue des rayonnements déclencheurs de fission – ‘peu de neutrons sus-thermique’.
    – pour maintenir le système en état opérationnel, il faudrait en permanence lui soutirer l’énergie produite, qui elle est déterminée par : la géométrie du système (si je comprends bien qui pourrait être variable dans une certaine mesure), la composition de la soupe considérée comme constante.
    – pour maintenir le système en état il faut donc une enceinte pour cette soupe qui résiste durablement à la haute température et aux différents rayonnements.
    – il faut de plus des échangeurs de chaleur aux mêmes caractéristiques avec en plus une nécessité de ‘bonne’ transmission de chaleur vers un/des « réacteur/s » consommateur/s de cette énergie calorifique haute température. Ce réacteur étant essentiellement une machine à vapeur couplée à un alternateur. On peut imaginer des réacteurs chimiques, craqueurs/synthétiseurs … fonctionnant en continu.
    Tout ces composants devant impérativement supporter en continue et au long terme les hautes températures et rayonnements de la soupe.

    Sait.on faire de tels échangeurs ?
    Pas que je sache. Certes contrairement au REP il n’existe pas de nécessité de résistance à la pression – tout est équilibré et voisin de la pression atmosphérique (la moindre colonne de liquide ajoutant la pression gravitaire – ça augmente vite) mais le tout fonctionne à beaucoup plus haute température, on passe à ~800°C ce qui demande une capacité de résistance des matériaux très difficile à atteindre. L’acier ordinaire est exclu.

    Il faut donc résoudre avant-tout ce point fondamental.
    Les échangeurs actuels des REP ne sont pas fiables du tout malgré des études poussées.
    L’échangeur de super-phénix idem.

    ?

    .

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    • Bonjour,

      La soupe de sels fondus dans le MSFR de référence est à 650 à 750°C. Cette température est maintenue grâce au coefficient de contre réaction négatif. Quand la température monte il y a expansion du liquide et ralentissement de la réaction en chaîne. Quand la température baisse (par exemple quand on enlève de la chaleur avec un échangeur), le liquide se contracte et la réaction en chaîne reprend. Il y a aussi la possibilité comme vous le dites de vidanger la cuve du réacteur dans d’autres cuves plus petites où la réaction en chaîne est impossible.

      La marmite qui contient cette soupe doit effectivement résister à la haute température, aux rayonnements et à la corrosion importante des sels de fluorure. Le réacteur prototype MSRE (Molten Salt Reactor Experiment) à ORNL dans les années 60 a permis de développer l’alliage Hastelloy-N (70 % Ni 16 % Mo 7 % Cr 5 % Fe) pour répondre à ces exigences. Les circuits primaire et secondaire, y compris les échangeurs de chaleur devront être fabriqués avec cette matière, à moins qu’on en trouve une autre qui répond mieux aux exigences.

      Donc oui, on saura faire des échangeurs de chaleur pour les réacteurs à sels fondus, surtout que les très grandes contraintes de l’opération sous pression élevée sont supprimées. Mais il reste beaucoup de travail à faire sur ce composant important du système.

      Plus d’information (en anglais) :
      http://en.wikipedia.org/wiki/Molten-Salt_Reactor_Experiment#Structural_alloy_Hastelloy-N

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  3. Bonjour
    Je suis un convaincu de l’intérêt de la filière thorium et j’aimerais poser quelques questions.

    Parmi les inconvénients que vous avez listés ci-dessus, on pourrait aussi mentionner l’importance et peut-être la complication de la chimie dans ce type de réacteur. C’est, me semble t-il, un argument utilisé par le CEA pour l’écarter.
    Il y a aussi le problème de l’amorçage en matière fissile, surtout en neutrons rapides où il en faut plus, si j’ai bien compris. Cela peut ralentir la montée en puissance d’un ensemble de réacteurs.
    Une question m’intrigue: Vous dites que vos simulations ont montré que les réacteur à neutrons lents avec graphite ne fonctionneront pas bien pour un problème de réactivité. Pourtant les projets actuels LFTR partout ailleurs dans le monde sont, me semble t-il, de ce type . Vous pensez que les LFTR auront des difficultés ?
    Initialement un projet avait été fait pour alimenter des avions. D’ailleurs, aux USA, Sorensen, je crois, travaille pour les militaires un peu dans cet esprit. Y aurait-il des arguments pour prôner la réalisation de petits réacteurs modulaires au thorium, comme certains rêvent, livrés sur camion chargés en combustible pour 10-15 ans sans rien toucher ?
    J’ai trouvé très intéressante la conférence de Shangai sur le thorium de fin 2012. J’ai écouté les exposés diffusés sur Youtube. On peut se faire une idée de la politique énergétique et nucléaire de la Chine et d’autres pays. Je n’ai pas vu de contribution française mais la diffusion est peut-être incomplète. J’ai vu que la prochaine conférence avait lieu au CERN à la fin de cette année. J’espère que vous aurez l’opportunité d’une contribution importante.
    J’ai assisté au colloque sur le futur du nucléaire et j’ai trouvé votre exposé très bon pour le temps imparti. Je pense que vous avez gagné des points sinon des crédits.

    J. Duclos jbduclos@aol.com

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    • Bonjour monsieur Duclos

      Vous faite très justement remarquer que la chimie pourrait être un problème pour le retraitement du combustible. C’est aussi le cas pour tout cycle régénérateur. Dans le cas du cycle U-Pu on sait recycler le plutonium, mais le recyclage des actinides mineurs n’est pas prouvé. Dans le cas du MSFR nous avons cherché à réduire le plus possible les contraintes dues au retraitement. Le fait de ne pas avoir de transport ni de changement d’état du combustible est un réel avantage. Par ailleurs des recherches sont en cours pour trouver les meilleures solutions.
      Concernant l’amorçage, nous avons cherché à limiter les besoins en matière fissile pour la première charge. C’est un compromis entre les matériaux (température, irradiation, flux de chaleur) et la masse de fissile initiale. Nous pensons avoir trouvé un bon compromis. En fait, les capacités de déploiement du MSFR sont les mêmes que pour Superphenix en ce qui concerne la matière fissile.
      La fin de votre message indique clairement que c’est à moi que vous vous adressez, et je vous remercie pour votre appréciation…

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  4. A Energie du thorium & Danier Heuer

    Bonjour,

    Comme beaucoup (?) je suis persuadé qu’il est nécessaire de développer en urgence une filière de production énergétique durable, propre et bon marché et de ce point de vue les réacteurs à sels fondus me semblent avoir un bel avenir … en attendant mieux. Quitte à avoir du nucléaire autant qu’il réponde à ce cahier des charges, ce qui ne semble pas le cas d’Astrid, ex Superphénix …
    Quatre petites question « candides » néanmoins:
    1) A température ambiante les sels fondus sont-ils solides ? En cas d’arrêt du système comment redémarrer si le combustible est figé ou même changer une pièce du réacteur si tout est pris dans une gangue solide ?
    2) En mode surgénérateur (MSFR du CNRS – Danier Heuer), le thorium est-il fertilisé au fur et à mesure directement dans le circuit principal ou un second circuit indépendant sur les bords du réacteur est-il nécessaire ? Plus la conception sera simple plus la sécurité sera élevée, les coûts réduits et le développement de la filière potentiellement rapide.
    3) Que se passerait-il si à la suite d’une erreur de manutention (statistiquement ça arrivera un jour), un composé extrêmement réactif (au sens neutronique) ou un mélange de proportion inadéquat était injecté par erreur dans le circuit principal ? Y aurait-il quand même possibilité d’emballement incontrôlé, de surchauffe soudaine et explosion ?
    4) Notre ministre de l’énergie et de l’écologie vient de présenter son programme pour la transition énergétique. Qu’en est-il des réacteurs à sels fondus et avez-vous l’écoute de la ministre ? D’après-vous quels sont les blocages qui font que le sujet n’est jamais débattu dans les médias (ou si peu), encore moins au niveau politique, et que la filière reste confinée au cénacle de quelques scientifiques apparemment plus ou moins marginalisés (le CEA aimerait visiblement amortir à toute force sa recherche sur les surgénérateurs au plutonium) ?
    En espérant ne pas vous avoir assommé avec ces questions peut-être très naïves… 🙂
    Cordialement et merci pour votre action au bénéfice de la connaissance et de l’avenir de nos enfants.
    M. H.

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    • Bonjour Marc,

      Merci pour ces commentaires et questions.

      1. Le point de fusion du sel combustible prévu pour le réacteur MSFR est environ 565°C, la température moyenne d’opération étant 700°C (source : thèse de Mariya Brovchenko, p43). Donc oui, à température ambiante, les sels sont dans un état solide. Au démarrage, leur température de fusion serait atteinte au moyen d’éléments de chauffage électriques, placés autour des parois de la cuve du réacteur. Le réacteur MSRE d’Alvin Weinberg fonctionnait déjà de cette manière. En cas d’arrêt, la chaleur de désintégration des produits de fission contribuerait également au maintien de la température des sels.

      2. Les deux ! MSFR démarre avec un sel combustible principal composé de 77,5% de 7LiF et 22,5% de (Th + fissile)F4. Le réacteur est également équipé d’une couverture fertile, dont la composition initiale est 77,5 % 7LiF – 22,5% ThF4. Donc la fertilisation du thorium se passe dans le sel principal et dans le sel de la couverture. Certes, la couverture rend le réacteur plus compliqué, mais elle est nécessaire pour assurer la sur-génération, qui est un des objectifs principaux du forum international génération IV.

      3. La sécurité du réacteur est assurée par un très fort coefficient de contre réaction. Quand les sels chauffent, la réactivité diminue fortement. Il y a également la possibilité de vidanger le sel combustible rapidement dans un espace où la géométrie assure qu’il est impossible d’atteindre la criticité. Le combustible neuf est apporté au moment du retraitement du sel combustible. Comme il s’agit du thorium, ce n’est pas un élément fissile, et donc la conversion en U233 fissile prend du temps.

      4. La politique française sur le nucléaire du futur est largement déterminée par le CEA, qui a été mis sous de très fortes contraintes budgétaires ces dernières années. Ils ont déjà beaucoup de mal à financer le programme ASTRID, et ne trouvent pas la place pour un deuxième programme, quelque soit la technologie. Ils ont aussi une préférence pour la technologie des RNR sodium, parce qu’ils la connaissent. Il n’est pas clair quel est le niveau de connaissance de la fission liquide auprès des ministres d’état, mais la France doit faire attention – si cette technologie de rupture se généralisait, on serait contraint à acheter la propriété intellectuelle des Chinois, Canadiens, ou (pire…!) des Anglais.

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  5. @ Energieduthorium
    Merci pour vos explications, mais pardonnez-moi, je reste un peu sur ma faim…. (et j’aime bien comprendre)…
    a) Comment intervenir dans la cuve lorsque tout est pris dans une gangue solidifiée. ?
    b) Chauffer avec des résistances électriques disposées sur l’enceinte n’a de sens que si le volume intérieur n’est pas trop important et la conductivité thermique élevée, sinon ça va prendre énormément de temps et coûter beaucoup d’énergie …
    c) Vous dites que quand les sels chauffent, la réactivité diminue fortement (coeff de contre réaction). Cela s’applique quelles que soient la nature et la concentration du réactif (supposé avoir été injecté par erreur) ?
    d) Pour le CEA, persister avec Astrid/Superphénix s’apparente à une fuite en avant qui au final, lui serait dommageable … – A quoi bon continuer à parier sur le mauvais cheval s’il est perdant à toutes les courses ? Néanmoins ce qui m’intéresserait, c’est de savoir si la technologie des réacteurs nucléaires à sels fondus est connue de nos dirigeants et si ils sont à l’écoute des spécialistes tels que vous. Si non, proposez leur une/des rencontres… ça leur fera du bien 🙂
    Cordialement M.H

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    • Bonjour,

      a) On chauffe la gangue solidifiée avec des résistances électriques, puis on draine le liquide vers un réservoir de vidange. Après, on peut intervenir dans la cuve (à distance, ou avec des outils robotisés).
      b) Le volume de sels dans le circuit primaire d’un MSFR de 1GWe serait de l’ordre de 18m^3. L’énergie nécessaire à la montée en température initiale de cette matière n’est pas significative en comparaison avec la puissance du réacteur.
      c) Le coefficient de contre réaction fortement négatif est un des gros avantages d’un réacteur avec combustible liquide. Pour MSFR, le faible volume de retraitement (40l par jour) assure que même s’il y avait une erreur dans la matière réinjecté après, l’impact sur le fonctionnement du réacteur serait minime.
      d) EPR < ASTRID < MSFR !!
      ASTRID serait donc une nette amélioration par rapport aux réacteurs à eau pressurisée. Mais la technologie des réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium n'aura jamais autant de potentiel qu'une technologie à combustible liquide. Les réacteurs à sels fondus sont bien connus aux dirigeants du CEA, mais cette organisation est soumise à des fortes contraintes budgétaires en ce moment. Il n'est pas possible de tout faire. Et le changement est difficile…

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