Ce sera la première mise en service d’un réacteur à sels fondus depuis le réacteur expérimental MSRE au laboratoire national d’Oak Ridge aux États-Unis, qui a fonctionné avec succès entre 1965 et 1969.
Suite au lancement du programme de R&D TMSR par l’académie des sciences chinoise en janvier 2011, la construction de TMSR-LF1 a commencé en septembre 2018 et aurait été achevée en août 2021. Le prototype devait être achevé en 2024, mais les travaux ont été accélérés. Si ce prototype s’avère un succès, la Chine prévoit de construire un réacteur d’une capacité de 373 MWt d’ici 2030.
« A côté de ces EPR, un appel à projets sera soutenu à hauteur d’un milliard d’Euros par France 2030, et sera lancé pour faire émerger des petits réacteurs modulaires, les fameux SMR que nous évoquions là aussi toute à l’heure mais aussi des réacteurs innovants permettant de fermer le cycle du combustible et de produire moins de déchets.Pour 500 millions d’Euros ce seront des projets portés par EDF, NUWARD qui était évoqué toute à l’heure par le président d’EDF, et il y aura aussi 500 millions d’Euros pour des projets – ouverts – sur des réacteurs innovants que j’évoquais à l’instant.
Ces dernières années en effet des secteurs à forte intensité technologique comme le spatial ou l’automobile ont vu aussi de nouveaux acteurs profondément bouleverser les processus anciens – souvent pour le meilleur. C’est pourquoi je suis convaincu que la France a les moyens de porter une telle révolution dans le nucléaire, avec des réacteurs en rupture. Je fixe un objectif ambitieux mais à la mesure de l’intensité de la compétition dans le secteur – construire en France un premier prototype d’ici 2030. Nous avons déjà des start-ups qui se lancent, et là encore, des appels à projets seront publiés dans les prochains jours. Le CEA, qui a joué un rôle décisif dans la naissance de la filière nucléaire française, appuiera et accompagnera la montée en puissance de ces nouveaux acteurs.
Ce nouveau programme pourrait conduire à la mise en service de 25 gigawatts de nouvelles capacités nucléaires d’ici 2050.
Ces projets, vous l’avez compris, viennent en complémentarité mais n’enlève rien à la visibilité que j’ai donnée pour les EPR2 qui sont de toute façon nécessaires et s’inscriront avec les deux paliers que j’ai évoqués. Mais ils nous permettront là aussi de continuer à améliorer notre innovation technologique, à améliorer la sûreté, à réduire les déchets, à aller vers la fermeture du cycle, de même que nous continuerons l’ensemble des projets de recherche – ITER à Cadarache, toutes les autres solutions, les projets conduits par le CEA, dans toutes ses composantes.«
500M€ pour des réacteurs innovants
Quand le chef de l’État a présenté le 12 octobre 2021 le plan d’investissement France 2030, il a dit que le « premier objectif, objectif numéro un, c’est faire émerger en France, d’ici 2030, des réacteurs nucléaires de petite taille innovants avec une meilleure gestion des déchets. »
1 milliard d’Euros ont été consacrés à cet objectif, et un proche du président, Bruno Bonnell, a été nommé Secrétaire Général Pour l’Investissement en charge du plan France 2030. Le discours d’hier apporte une première clarification sur la distribution de cette somme : la moitié sera consacrée au réacteur SMR NUWARD d’EDF, et l’autre moitié aux « réacteurs innovants permettant de fermer le cycle du combustible et de produire moins de déchets ».
Construire en France un premier prototype d’ici 2030
En annonçant cet « objectif ambitieux mais à la mesure de l’intensité de la compétition dans le secteur », Emmanuel Macron semble reconnaitre le message, porté par ce site depuis dix ans, qu’une innovation de rupture dans l’énergie nucléaire est à notre portée. La France, qui a tous les atouts pour réussir le déploiement d’une technologie nucléaire plus propre, moins chère et plus rapide à construire, doit faire très attention face à des concurrents internationaux de taille tels que la Chine et les États-Unis qui soutiennent déjà des projets et des technologies qui pourraient dominer le futur marché de l’énergie décarbonée.
Le CEA appuiera et accompagnera la montée en puissance des start-ups
Derrière cette phrase simple il y a un choix fondamental de cadrage. En France les innovations dans le secteur nucléaire ont été portées depuis longtemps par le CEA, avec des projets comme ASTRID. Dans le secteur des réacteurs à sels fondus ce cadrage étatique a été le choix par exemple de la Chine, où l’Institut de physique appliquée de Shanghai (SINAP) porte l’effort de développement national avec le programme TMSR. Mais dans d’autres pays comme les États-Unis ce sont des entreprises start-up qui portent les projets, avec un foisonnement d’entreprises de taille petite et moyenne créées depuis une décennie. Ces entreprises se financent principalement avec du capital privé, mais accèdent aussi à des subventions d’État et bénéficient d’un accès privilégié aux ressources et à l’expertise des laboratoires nationaux.
C’est donc ce choix de soutien de l’État aux entreprises start-up que suivra désormais la France. Et la start-up française la mieux placée pour bénéficier d’un tel soutien est naarea, qui développe depuis 2021 un concept de réacteur à sels fondus baptisé XSMR.
Il s’agit d’un microréacteur avec une puissance de quelques dizaines de mégawatts, qui occuperait une place dans le marché très différente des réacteurs de taille gigawatt lancés par Emmanuel Macron hier. Conçu pour fonctionner avec un spectre neutronique rapide, ce réacteur serait capable de s’alimenter avec les « déchets » produits par les réacteurs EPR.
Contacté par ce site, le PDG de naarea Jean-Luc Alexandre a réagi aux annonces du président français :
« Naarea se réjouit du soutien apporté par la France à la filière nucléaire française dont l’excellence n’est plus à démontrer. Seule l’énergie nucléaire est à même aujourd’hui de produire une énergie décarbonée, sûre préservatrice du climat mais également de l’indépendance énergétique de l’Europe. Face à l’intensification de la concurrence internationale, le Président donne les moyens à notre pays de se développer de manière volontariste sur le nucléaire de quatrième génération et les SMR. C’est par l’innovation de rupture et l’esprit de conquête que nous pourrons contribuer à la réindustrialisation du pays comme aux objectifs de développement durable. »
25GW d’ici 2050
Pour donner une idée de l’ambition affichée par cet objectif de déploiement de réacteurs innovants, 25 gigawatts est l’équivalent d’environ 15 réacteurs EPR, ou de l’ordre de 1000 réacteurs XSMR de naarea.
Avec un effort soutenu de tous les acteurs de la filière nucléaire en France cet objectif est tout à fait réalisable. Surtout si la technologie choisie permet d’accéder à un coût de production d’énergie compétitif avec les énergies fossiles, un risque financier fortement réduit et un temps de construction en rupture avec la technologie actuelle.
A la fin de son discours, le président a déclaré que la France par la stratégie dont elle se dote fait le choix :
du progrès
de la confiance en la science, en la technologie et en la raison
du climat
de l’industrie et de l’emploi
du pouvoir d’achat
de son indépendance
de sa liberté.
Souhaitons bon courage à tous ceux qui œuvrent à l’atteinte de ces objectifs.
Terrestrial Energy a conclu un accord avec Orano, leader mondial du cycle du combustible nucléaire, dans le cadre de son programme d’approvisionnement en combustible pour l’exploitation du Réacteur Intégral à Sels Fondus (Integral Molten Salt Reactor, IMSR), une centrale nucléaire de génération IV.
Le large éventail de services de l’accord comprend l’enrichissement de l’uranium, la conversion chimique en combustible IMSR, sa production, son transport, son emballage et sa logistique. Ce champ d’application couvre l’analyse de la production et de la fourniture commerciales à grande échelle de combustible IMSR et s’applique aux principaux marchés actuels pour le déploiement de centrales IMSR, notamment le Canada, les États-Unis, le Royaume-Uni et le Japon.
Cet accord s’inscrit dans la stratégie d’approvisionnement multiple de Terrestrial Energy pour l’approvisionnement en combustible IMSR et reflète la volonté d’Orano de soutenir la commercialisation des réacteurs de nouvelle génération avec sa large gamme de services de combustible. La relation entre les sociétés est non exclusive et permet aux deux parties de poursuivre d’autres opportunités commerciales similaires dans l’industrie nucléaire.
Depuis plus de 50 ans, le Groupe Orano fournit à l’industrie nucléaire mondiale des produits et des services d’expertise sur l’ensemble du cycle du combustible nucléaire. Ces services comprennent l’enrichissement de l’uranium ainsi que la conversion, la production, l’emballage et le transport du combustible. La sécurité de l’approvisionnement en combustible commercial tout au long de la durée de vie de la centrale est soutenue par les installations de conversion et d’enrichissement modernes et de pointe d’Orano, qui répondent aux normes de sûreté, de qualité et de sécurité les plus élevées tout en réduisant l’empreinte environnementale.
« Cet accord avec Terrestrial Energy applique la portée mondiale de l’approvisionnement en combustible et l’expérience d’Orano pour se concentrer sur l’alimentation de la prochaine génération d’énergie nucléaire innovante et propre au Canada », a déclaré Amir Vexler, PDG d’Orano USA. « Notre équipe nord-américaine est fière de jouer un rôle essentiel dans l’établissement de cette connexion et la réalisation de l’accord. »
« Les exigences des exploitants des centrales pour l’approvisionnement en combustible s’étendent au-delà de l’enrichissement de l’uranium à une gamme de services essentiels qui, ensemble, assurent un approvisionnement sécurisé en combustible du réacteur jusqu’à la porte de la centrale », a déclaré Simon Irish, PDG de Terrestrial Energy. « Le champ d’application de notre accord couvre toute la gamme de l’enrichissement, la production, avec ses éléments de transport, y compris l’emballage et la logistique, pour un approvisionnement commercial complet. Cette gamme de services est essentielle pour l’exploitation des premières centrales IMSR dès 2028. »
Le combustible IMSR utilise un dosage standard d’uranium faiblement enrichi (UFE), qui est devenu la norme de combustible commercial au cours de nombreuses décennies d’exploitation des centrales électriques. À l’exception des centrales CANDU (qui utilisent de l’uranium non enrichi), les centrales nucléaires commerciales du monde entier utilisent aujourd’hui l’UFE à dosage standard.
Terrestrial Energy a présenté le 14 septembre sa nouvelle centrale électrique IMSR400, qui se compose de réacteurs et de générateurs jumeaux pour produire 390 MW d’électricité propre sur un site. L’IMSR400 est l’une des trois conceptions de centrales électriques à petit réacteur modulaire (SMR) à l’étude pour un déploiement à la centrale nucléaire de Darlington d’Ontario Power Generation. C’est l’un des deux candidats technologiques de génération IV et le seul candidat technologique canadien. L’entreprise Terrestrial Energy à Oakville représente le plus grand projet de développement technologique de centrale électrique SMR au Canada.
Vendredi 28 mai, la ministre Barbara Pompili du ministère français de la Transition écologique et la secrétaire Jennifer Granholm du ministère américain de l’Énergie ont publié une déclaration commune portant sur la technologie énergétique et la résolution politique.
Ce document parle de « innovations de rupture », « ambition commune » et « systèmes énergétiques […] efficaces et fiables, intégrant des parts plus importantes d’énergies renouvelables couplées à l’énergie nucléaire ».
Il affirme que « la France et les Etats-Unis s’engagent à travailler ensemble sur les nouvelles technologies et la transition énergétique en cours afin de contribuer de manière significative à des solutions de production zéro carbone. Les systèmes électriques décarbonés et innovants, qui peuvent inclure des technologies d’énergie nucléaire innovantes ou de nouvelles conceptions, telles que de petits réacteurs modulaires, micro et autres réacteurs avancés, contribueront à l’expansion des énergies renouvelables, soutiendront l’électrification rurale, produiront de l’hydrogène pour décarboniser les transports et d’autres secteurs énergétiques, aideront à fournir de l’eau potable aux régions en manque d’eau et soutiendront une gamme d’applications industrielles plus propres. »
L’énergie, c’est pas sorcier si on la découpe en groupes de 3.
Il y a d’abord les 3 phases : production, vecteurs et consommation. Et chaque phase se découpe en 3 groupes :
On a l’habitude de penser à la production – les sources de l’énergie – en termes des 3 groupes : fossiles, renouvelables et nucléaire. Et les 3 groupes de consommation sont connus : électricité, chaleur et mobilité.
Mais on a moins l’habitude de réfléchir à comment l’énergie est transportée d’un endroit à l’autre : ces véhicules ou méthodes qui s’appellent des vecteurs énergétiques. Eux aussi tombent dans 3 groupes : électrons, fluides et molécules.
Fondamentalement, les humains n’ont fait que 3 découvertes qui ont transformé notre espèce : le feu, l’agriculture et la machine à vapeur. Mais il y a une 4ème découverte avec un potentiel que nous avons à peine commencé à exploiter – l’énergie de la fission nucléaire.
Dans l’état actuel de la technologie, l’énergie nucléaire souffre de 3 problèmes : le coût, la sûreté et les déchets. Et nous sommes contraints à transporter cette énergie presque exclusivement par un seul vecteur – les électrons. Or, seulement 19% de la consommation d’énergie dans le monde est sous la forme d’électricité. Les 81% restants sont consommés sous la forme de chaleur et de mobilité, où les combustibles fossiles dominent le marché.
Une question fondamentale se pose pour l’avenir de l’énergie nucléaire : faut-il changer la technologie de l’offre ou la demande de consommation? Depuis longtemps (et notamment en France), les partisans de cette énergie ont promu une consommation « tout électrique » – pour citer 3 exemples : le chauffage électrique, la voiture électrique et les processus industriels électriques. Mais le vecteur électrons, malgré tous ses avantages, souffre de 3 inconvénients majeurs : le coût et la nature inflexible de sa distribution, l’impossibilité de stocker l’électricité à grande échelle, et les difficultés d’intégration dans les systèmes de mobilité pour les humains et les marchandises.
Si tout le chauffage résidentiel n’est pas électrique, c’est parce que le coût des solutions à énergie fossile reste attractif. Si toute la chaleur industrielle n’est pas électrique c’est aussi parce qu’il est moins cher de brûler des molécules fossiles. Si toutes les voitures ne sont pas électriques, c’est parce que les batteries sont lourdes, chères et encombrantes.
Pour réaliser tout son potentiel, l’énergie nucléaire doit suivre la 3ème voie – changer la consommation ET la technologie. Oui, nous pouvons décarboner certains secteurs en les électrifiant davantage – surtout avec une électricité française décarbonée à 90% par un mélange de renouvelables et de nucléaire. Mais le vrai défi est d’être capable de livrer l’énergie nucléaire à travers les deux autres vecteurs : les fluides (chauds et froids), et les molécules.
Pour décarboner massivement l’énergie au niveau planétaire, la technologie nucléaire doit évoluer fondamentalement, sur 3 axes. Elle doit produire une énergie qui est plus chaude, plus proche et moins chère.
La centrale nucléaire de Leningrad. Son réseau de chaleur alimente une ville et un parc industriel.
La cogénération nucléaire n’a rien de nouveau. En 2019, 79 réacteurs nucléaires étaient utilisés pour le dessalement, le chauffage urbain ou la chaleur industrielle, avec 750 années d’expérience dans ces réacteurs, principalement en Russie et en Ukraine. En évitant de transformer une partie de la chaleur produite par la réaction nucléaire en électricité, le rendement global de la centrale est amélioré. Mais même en Russie, l’énergie nucléaire ne représente que 0,3% de l’énergie fournie à travers les réseaux de chaleur.
En France, une étude de 2015 a souligné l’importance du potentiel des réseaux de chaleur pour décarboner la consommation de chaleur, à condition d’alimenter ces réseaux par de l’énergie renouvelable ou nucléaire. Elle a proposé (et chiffré à plus d’un milliard d’Euros) un raccordement entre la centrale nucléaire de Nogent-sur-Seine et le réseau de chaleur de la Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain, une distance de 90km. Mais aucun projet de ce type a démarré, et le plus grand contributeur aux 25,6TWh de chaleur fournis à travers les 798 réseaux de chaleur de France en 2019 était la méthane fossile.
Sources pour la production d’énergie des réseaux de chaleur en France en 2019
Les autorités de sûreté nucléaires à travers le monde exigent que les centrales nucléaires soient situées à une distance minimum des zones urbaines densément peuplées, parce qu’ils ont peur qu’un accident puisse provoquer un nuage radioactif, avec des retombées sur les populations des villes. Et en effet ce risque, même s’il est extrêmement faible, n’est pas nul avec la technologie actuelle des réacteurs à eau pressurisée. L’éloignement entre centrales et villes est en conflit direct avec l’utilisation du vecteur fluides à cause du coût élevé de leur transport, sur des distances au delà de quelques dizaines de kilomètres. Mais avec un réacteur à sels fondus les produits de la réaction nucléaire les plus nocifs pour les humains restent enfermés dans les sels liquides chimiquement stables. C’est par l’élimination du danger de contamination radioactive que la porte est ouverte pour un dialogue avec l’ASN sur l’emplacement de petits réacteurs modulaires à sels fondus proche des villes.
Le vecteur des fluides offre une deuxième possibilité. La France compte déjà 24 réseaux de froid, fournissant 0,96TWh à 1339 bâtiments en 2019. L’alimentation de ces réseaux en énergie nucléaire représente une opportunité d’assurer le confort thermique des bâtiments, avec une énergie décarbonée.
Vous avez deviné, il y a forcément une troisième possibilité. Les sels fondus non-radioactifs sortant de la boucle tertiaire d’un îlot nucléaire à 650~700°C sont eux même un excellent vecteur fluide pour le transport de la chaleur. Sur les quelques kilomètres autour d’un tel îlot on trouverait typiquement un dispositif de stockage d’énergie thermique (des réservoirs de sels fondus) permettant d’assurer le suivi de charge des énergies renouvelables intermittentes, un îlot de production d’électricité à partir de la chaleur des sels, et un parc industriel avec des clients énergivores tels que la sidérurgie, la pétrochimie ou la production de verre. Soit un nouveau réacteur peut être situé à proximité d’un site industriel existant, soit ces industries peuvent déplacer leur production proche d’un réacteur. Par comparaison, la température nominale de l’eau sortant d’une cuve EPR est de 330°C, ce qui intéresse beaucoup moins les clients industriels.
Le troisième vecteur est celui des molécules, qui transportent leur énergie sous une forme chimique. Le plus souvent par combustion, une réaction chimique chez le consommateur permet de libérer leur énergie pour effectuer un travail utile.
Le molécule le plus à la mode en ce moment est l’hydrogène (H2). C’est un vecteur énergétique dont la combustion ou l’utilisation dans une pile à combustible ne rejette que de l’eau, ce qui permet d’éliminer la pollution pour le consommateur. Un plan financé à hauteur de 7 milliards d’Euros a été lancé par le gouvernement français en septembre, qui estime que « Compte tenu de son mix électrique faiblement émetteur de CO2, la France dispose d’atouts pour fabriquer l’hydrogène décarboné. »
95% de l’hydrogène produit dans le monde utilise une source d’énergie fossile, le procédé le plus commun étant le vaporeformage du méthane fossile. C’est ce procédé qui est utilisé pour alimenter la première ligne française de bus à hydrogène (sachant que la plupart du CO2 produit est capté utilisant la technologie Cryocap).
Décarboner entièrement la production d’hydrogène nécessite de trouver la combinaison d’une source d’énergie décarbonée et d’un procédé de fabrication de la molécule qui, ensemble, produisent du H2 moins cher que les processus existants à base d’énergies fossiles. 3 exemples de sources seraient l’énergie renouvelable, l’énergie nucléaire des réacteurs actuels ou l’énergie nucléaire de 4ème génération. 3 exemples de procédés seraient l’électrolyse de l’eau, l’électrolyse à haute température ou un des cycles thermochimiques.
La simplicité des concepts de réacteurs à sels fondus, et l’élagage des dangers dans leurs arbres de défaillances, permet d’envisager que les 3 facteurs mentionnés ci-dessus (plus chaud, plus proche, moins cher) puissent être réunis pour une production d’hydrogène décarbonée et compétitive. C’est une très très grosse affaire car avec cette molécule disponible il est possible de fabriquer une multitude d’autres molécules qui seraient les clés pour décarboner des secteurs difficiles comme la mobilité lourde, l’agriculture ou la pétrochimie.
En particulier, la combinaison d’un hydrogène décarboné avec du CO2 capté directement depuis l’atmosphère permettrait de fabriquer des molécules pour lesquelles le vecteur de distribution est déjà disponible, telles que le méthanol, ou les carburants synthétiques. En parallèle avec le développement des technologies nucléaires avancées, les technologies de capture direct progressent avec par exemple l’installation de 1pointFive dans le Texas qui, une fois opérationnelle, sera la plus grande du monde, capturant jusqu’à un million de tonnes de CO2 atmosphérique par an. La construction doit démarrer en 2022.
L’installation 1pointFive utilisera la technologie développée par Carbon Engineering
Dans un rapport publié en décembre, l’entreprise Tractebel – filiale ingénierie d’Engie – donne sa vision de la montée des technologies nucléaires 2.0. Le rapport identifie des sites industriels comme l’aciérie intégrée de Dunkerque qui serait « parfaitement adaptée pour accueillir un démonstrateur de petit réacteur modulaire polyvalent », et conclut qu’à l’avenir les petits réacteurs modulaires (dont ceux fonctionnant avec un combustible liquide aux sels fondus) seront « au cœur d’écosystèmes intégrés, aux vecteurs énergétiques multiples ». Un chapitre dans le rapport 2020 « Engie Recherche » sur les technologies durables émergentes reprend ce travail sur les petits réacteurs modulaires.
L’infographique dans le rapport de Tractebel illustre leur vision, et identifie les 3 vecteurs énergétiques.
Au siècle dernier, les énergies fossiles ont dominé le marché pour trois raisons :
Ils sont présents sur les 3 secteurs de consommation : électricité, chaleur et mobilité.
Ils sont bon marché. Et (jamais 2 sans 3) :
Ils sont présents sur les 3 vecteurs énergétiques : électrons, fluides et molécules
Le début du troisième millénaire est dominé par le problème du changement climatique. Pour résoudre ce problème, les humains ont besoin de nouvelles technologies nucléaires fondamentalement différentes, pour réaliser tout le potentiel de cette énergie.
Le trajet a commencé le 28 novembre. La cuve pour le réacteur à sels fondus prototype TMSR-LF1 a été fabriquée et assemblée par SENPEC à Shanghai, et après une inspection finale minutieuse la cargaison précieuse a démarré en douceur son parcours de 2500km pour rejoindre le site du projet au nord de Wuwei dans la province de Gansu.
Avec un diamètre de 2,37m et une hauteur d’environ 3,5m, la cuve et le couvercle qui l’accompagne accueilleront un cœur avec un modérateur en graphite pour assurer un fonctionnement dans le spectre thermique, une boucle primaire de sels fluorures fondus, un échangeur et une pompe – une configuration similaire au réacteur prototype MSRE qui a fonctionné avec succès au laboratoire d’Oak Ridge aux États-Unis entre 1965 et 1969.
Le bâtiment réacteur pour lequel cette cuve est destinée a fait l’objet d’une première coulée de béton le 29 mars de cette année. La construction a été suivie de près par l’autorité de sureté nucléaire chinoise – la NNSA, avec des rapports réguliers publiés sur leur site web. On voit la construction de tous les bâtiments du campus TMSR depuis l’espace dans la vidéo suivante :
Avec une cible de démarrer ce premier réacteur de 2MW en mars 2021, la Chine est en trajectoire pour devenir un leader dans la course à la commercialisation des réacteurs nucléaires à combustible liquide.
L’investissement de la Chine dans les réacteurs à sels fondus commence à porter ses fruits. Le projet chinois a démarré en 2012, avec la participation de centaines de scientifiques et ingénieurs de l’Institut de physique appliquée de Shanghai (académie des sciences chinoise). Ce projet a débouché sur une vision d’un campus dans le désert de Gobi, dans le province de Gansu, au nord de la ville de Wuwei :
Grâce aux publications de l’autorité de sûreté chinoise (la NNSA), il est possible d’obtenir quelques informations sur ce projet. Par exemple, le plan général du campus se trouve sur la page 4-38 du rapport sur l’impact environnemental (phase de construction) pour le premier réacteur, appelé TMSR-LF1 :
Le programme TMSR (Thorium Molten Salt Reactor – Réacteur à sels fondus au thorium) comporte plusieurs réacteurs. LF1 (Liquid Fuel 1) est le premier réacteur à combustible liquide, et le premier à être construit à Wuwei. Avec une puissance de 2 mégawatts thermiques ce prototype, fonctionnant dans le spectre thermique avec des sels fluorures et un modérateur graphite, permettra aux équipes chinoises de monter en expérience avec l’opération et maintenance d’un réacteur à sels fondus. Il préfigure des réacteurs de puissance utilisant la même technologie et matériaux, et permettra de faire des démonstrations de l’utilisation d’un réacteur à sels fondus au cœur d’un système d’énergie hybride.
Du 13 au 15 mars 2020, une équipe d’inspection sous la responsabilité du ministère de l’Écologie et de l’Environnement a validé l’assurance qualité de l’installation TMSR-LF1 avant la coulée des premiers dalles et parois en béton :
Grâce au travail remarquable de suivi de ce projet publié sur Twitter par Conrad Knauer, des images satellites sont disponibles, qui montrent le bâtiment réacteur sortant du sable du désert de Gobi :
On peut féliciter l’équipe chinoise pour le passage de ce jalon important de la première coulée de béton. Le planning de construction prévoit le démarrage et opération à pleine puissance du réacteur TMSR-LF1 en décembre 2020. Même si la Chine a été très perturbée par la crise du COVID-19, elle a été capable de construire un hôpital à Wuhan en 10 jours. Il reste encore 7 mois pour terminer ce réacteur !
A l’assemblée nationale, lors de la 2ème séance publique du 22 février 2018 (questions sur la stratégie de sortie du nucléaire), Benoit Potterie, député de la huitième conscription du Pas-de-Calais, a posé une question sur les réacteurs à sels fondus et le thorium à Nicolas Hulot, ministre d’État, ministre de la transition écologique et solidaire :
Ci-après, la transcription de cet échange :
M. Benoit Potterie.
Le Gouvernement a annoncé un ensemble de mesures visant à préparer la sortie du nucléaire. Dans un contexte de croissance exponentielle des besoins énergétiques mondiaux, nous devons trouver et développer de nouvelles sources d’énergie.
Ma question concerne une source d’énergie peu connue, mais dont on parle de plus en plus dans les médias spécialisés : le thorium, et plus précisément, son utilisation dans des réacteurs nucléaires à sels fondus.
On connaît le thorium depuis le XIXe siècle. Marie Curie avait identifié ses propriétés radioactives en 1898. Pour différentes raisons, les États et les industriels ont privilégié les réacteurs à uranium. Mais aujourd’hui, le risque nucléaire et les traumatismes de Tchernobyl et Fukushima, ainsi que la complexité de la gestion des déchets nucléaires, nous incitent à nous détourner de l’uranium.
Selon Daniel Heuer, directeur de recherches au CNRS, les réacteurs à sels fondus utilisant le thorium seraient moins dangereux et moins sales que les réacteurs actuels, avec un rendement plus important. Cette technologie, vous en conviendrez, est très prometteuse. Elle l’est d’autant plus pour la France que notre pays possède du thorium en grande quantité. Un récent article, que je pourrai vous transmettre, affirme que nous en aurions suffisamment pour couvrir nos besoins énergétiques pendant deux siècles.
Le gouvernement chinois finance actuellement un projet de réacteurs à sels fondus dans le désert de Gobi, et les Pays-Bas ont développé un programme de recherche sur le sujet à Petten.
Je me permets donc de déplacer le débat de la sortie du nucléaire vers le recours à une technologie nucléaire plus propre – un nucléaire vert, en quelque sorte.
Bien sûr, la technologie des réacteurs à sels fondus ne fait pas l’unanimité dans la communauté scientifique. C’est pourquoi des phases de recherche et d’expérimentation sont nécessaires.
Ma question est donc la suivante : le Gouvernement entend-il, à moyen ou à court terme, renforcer la recherche dans ce domaine ?
Si ce que vous dites est totalement fondé, il faudrait alors construire une filière nouvelle, car la filière actuelle ne peut pas intégrer cette technologie.
Étant convaincu que la diversité des énergies renouvelables permettra de répondre largement à nos besoins énergétiques, je ne pense pas que ce soit la peine de s’engager dans cette voie.
Au-delà, les réacteurs à sels fondus utilisant du thorium pour la production d’électricité nucléaire présentent, vous l’avez dit, des avantages certains, notamment en raison de l’abondance de la ressource en thorium, de la facilité offerte d’un retraitement en continu du combustible liquide et d’une moindre production de déchets. Cela dit, ils présentent aussi des inconvénients en termes de démonstration de sûreté et en raison de l’impossibilité d’amorcer un cycle thorium sans disposer d’uranium 235 ou de plutonium, dans la mesure où le thorium n’est pas un matériau fissile.
En outre, la faisabilité industrielle d’un réacteur de puissance n’est pas démontrée, et les études demeurent jusqu’à présent, il faut bien le reconnaître, très conceptuelles. Comme vous l’avez évoqué, des expérimentations ont bien eu lieu dans les années 1950 aux États-Unis, mais la possibilité de passer à un réacteur de puissance n’a jamais été établie. Enfin, il n’existe pas d’étude comparative suffisamment étayée pour pouvoir juger de l’attractivité économique d’une telle source d’énergie.
En l’absence d’identification de bénéfices déterminants qui seraient apportés par le cycle thorium, mais aussi parce que la France dispose, je le répète, d’une réserve importante d’uranium appauvri qui pourrait permettre, le cas échéant, d’alimenter des réacteurs à neutrons rapides à combustible solide, dont la maturité technologique est bien plus élevée que celle des réacteurs fonctionnant sur le cycle thorium, l’opportunité de changer de cycle de combustible nucléaire à court terme n’est, de mon point de vue, pas démontrée.
Comment innover dans l’énergie nucléaire en France ?
Le thème pour la journée technique organisée par la Société Française d’Energie Nucléaire vendredi 1 décembre était la « place et évolution de l’énergie nucléaire dans le futur« . Quels sont les alternatifs aux grands Réacteurs à Eau Pressurisée comme l’EPR (ou EPR-NM) ?
La journée comprenait des présentations sur les trois technologies suivantes :
EDF a dévoilé des informations techniques sur leur petit réacteur modulaire (Small Modular Reactor – SMR). Avec une architecture intégrée et compacte, chaque réacteur aurait une puissance de 170 mégawatts électriques, logé dans une enceinte métallique de hauteur 15m et immergée dans un bassin d’eau pour assurer une sécurité passive. D’autres avantages seraient apportés par un bâtiment réacteur semi-enterré couvert par un tumulus de terre, contenant 4 réacteurs et permettant de mutualiser des ressources comme le bassin d’eau ou la salle de commande.
Cette technologie fait désormais l’objet d’un avant-projet sommaire chez EDF, en partenariat avec le CEA, Naval groupe et Technicatome, qui doit déboucher dans 3 ou 4 ans sur une décision d’engager … ou non … son développement.
Mais le problème des petits réacteurs modulaires, c’est qu’ils sont petits.
Certes, la maîtrise française de la conception et l’exploitation des réacteurs à eau pressurisée permettra de développer cette technologie dans les années 2020, pour une commercialisation vers 2030. Certes, un petit réacteur modulaire sera moins cher que ses gros cousins qui constituent actuellement le parc français. Mais comme il sera environ 10 fois moins puissant qu’un EPR, pas sûr que les leviers économiques des petits réacteurs compensent la perte de valeur de cet effet d’échelle ! En tout cas, les experts économiques de l’I-tésé (Institut de Technico-Economiedes Systèmes Energétiques) au CEA suivent l’affaire avec intérêt.
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Ensuite il y a ASTRID, le projet pour un démonstrateur de Réacteur à Neutrons Rapides au sodium (RNR-Na) développé par le CEA. Cette filière a l’avantage de présenter beaucoup de valeur : utilisation du stock français d’Uranium appauvri, fermeture du cycle de combustible, surgénération … avec les RNR sodium, l’énergie nucléaire serait assurée pendant des millénaires !
Dans l’avant-projet en cours, mené par un consortium d’entreprises françaises et internationales avec environ 600 personnes, il y a des discussions avec l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), mais pas encore d’engagement formel avec l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN). Cet avant-projet doit déboucher en 2019 sur une décision par les tutelles du CEA d’engager … ou non … le développement d’ASTRID.
Mais le problème des RNR sodium, c’est qu’ils sont chers.
Certes, la valeur offerte par cette filière est séduisante. Certes, la France maîtrise la technologie, ayant construit les réacteurs Rapsodie, Phénix et Superphénix, et elle a un grand retour d’expérience. Mais utiliser un caloporteur sodium avec un combustible solide, même si le danger de la pression est éliminé, présente un danger de réactivité chimique. Les inconvénients de ce concept sont identifiés et il est possible d’y remédier, mais les études économiques de l’I-tésé et d’autres sont claires : le principal enjeu de cette technologie est son coût.
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Enfin, le concept de réacteur à sels fondus MSFR développé par le CNRS, qui se décline désormais en deux versions – un grand réacteur d’un Gigawatt, et un petit réacteur modulaire d’une puissance entre 100 et 300 Mégawatts. Les avantages de sûreté intrinsèques d’un combustible liquide avec des sels fondus chimiquement stables sont démontrés par les études de la petite équipe du CNRS, et apportent à la fois de la valeur et la possibilité d’une rupture dans le coût de l’énergie nucléaire.
Il est déjà appréciable que la SFEN ait accepté d’inclure une présentation sur cette technologie dans leur journée technique. Le sujet est désormais incontournable dans toute discussion de la place et évolution de l’énergie nucléaire dans le futur, avec un intérêt international grandissant et le foisonnement d’entreprises start-up.
Pour les réacteurs à sels fondus, le temps est-il vraiment un problème ?
Quand le CEA parle des réacteurs à sels fondus, on pourrait conclure que les développements ne sont pas pour demain :
C’est un concept très innovant
Aucune construction d’un réacteur même prototype n’est actuellement lancée
Demanderait un processus de certification qui ne serait pas simple
Un certain nombre de difficultés techniques à résoudre en particulier dans le domaine de la chimie
Par contre c’est intéressant comme concept
Mais le CEA n’est pas un spécialiste dans ce domaine, ayant abandonné leur travail sur la technologie en 1983 en faveur des RNR sodium. Malheureusement, les économistes de l’I-tésé n’ont jamais chiffré un réacteur à sels fondus.
Les spécialistes dans d’autres pays disent que la technologie peut être déployée dans les années 2020, avec des architectures simplifiées par rapport au concept MSFR français. Le 7 novembre, l’Académie des Sciences de Chine et la province du Gansu ont signé un accord de coopération nucléaire pour un projet de réacteur à sels fondus à base de thorium, et visent un premier prototype de 2 Mégawatts en 2020.
En France, la communauté politique se pose actuellement de sérieuses questions sur le nucléaire. Est-ce une énergie de transition ou une énergie du futur ?
Si les réacteurs à sels fondus peuvent répondre aux attentes des clients de l’énergie nucléaire en termes de valeur, de coût et de temps, il serait temps d’y consacrer beaucoup plus de ressources.
Le directeur général de Terrestrial Energy, Simon Irish, a déclaré: « L’achèvement de la phase 1 de l’examen de la conception de fournisseur – le premier réacteur avancé à le faire – est une réalisation historique. L’entreprise se positionne en précurseur dans un secteur technologique en croissance rapide. La centrale nucléaire IMSR est une technologie énergétique transformatrice qui prend un pas de plus vers l’objectif de faire une contribution majeure à la demande mondiale croissante d’énergie à faible coût, propre et fiable. »
La commercialisation d’une centrale nucléaire avancée telle que l’IMSR implique d’anticiper une série d’activités pour soutenir le déploiement, notamment l’engagement réglementaire et industriel, la sélection du site et le soutien du gouvernement. Terrestrial Energy a fait de grands progrès dans ces domaines importants:
Terrestrial Energy a été le premier fournisseur de réacteurs avancés à entrer dans le processus de réglementation au Canada, et il est maintenant le premier à faire évaluer sa conception.
Terrestrial Energy étudie la faisabilité d’un certain nombre de sites en Amérique du Nord, y compris les Laboratoires Nucléaires Canadiens à Chalk River, en Ontario, pour la construction de sa première centrale électrique commerciale.
«Les agences internationales de l’énergie reconnaissent que les énergies renouvelables intermittentes telles que l’éolien et le solaire ne peuvent pas répondre à toutes les exigences d’un système mondial d’énergie propre et conviennent que l’énergie nucléaire jouera un rôle crucial dans la satisfaction de nos futurs besoins énergétiques. Les réacteurs avancés offrent un ensemble de technologies nucléaires nouvelles et transformatrices avec zéro émissions, une application industrielle beaucoup plus grande, et qui rendent les centrales nucléaires plus économiques et plus faciles à financer.»
Fission Liquide 