L’opportunité du siècle ?

 « Je détermine ce dont le monde a besoin, puis je cherche à l’inventer. »

– Thomas Edison

En 2015 le monde a besoin, plus que jamais, d’une source d’énergie qui est fiable, sûre, durable, propre et bon marché.

« Notre avenir énergétique est défini par une montagne. Cette montagne se crée et se construit devant nous, et va être construite sur les deux prochaines décennies, pour la prochaine génération.

[Cet avenir] est basé sur une demande croissante d’énergie primaire dans les économies non-OCDE. Cette demande d’énergie est construite par six milliards de personnes, qui désirent le mode de vie de la classe moyenne que nous avons aujourd’hui en Occident.

Si l’économie mondiale va fournir cette énergie pour répondre à ce désir, il faut énormément d’énergie propre. »

– Simon Irish, PDG de Terrestrial Energy

Terrestrial Energy est une entreprise privée canadienne avec plus de 30 personnes, qui cherche activement à inventer ce dont le monde a besoin, à travers la technologie des réacteurs nucléaires à sels fondus. Dans une présentation en avril 2015 son PDG Simon Irish a expliqué, du point de vue d’un financier, l’énorme opportunité économique offerte par cette technologie.

(vidéo sous-titrée en français, transcription ici)

« La fourniture d’énergie mondiale est probablement 5% du produit mondial brut, $3,500,000,000,000 par an.

La valeur des fonds propres des compagnies d’énergie d’aujourd’hui est de $5,000,000,000,000, qui est 7,6% de la capitalisation boursière du monde. La valeur d’entreprise de ces sociétés est encore plus. Il y a de gros enjeux au cours des deux prochaines décennies dans cette zone. »

« Si on pouvait conquérir [le marché de remplacement des centrales à charbon] d’une manière incontestée avec un petit réacteur modulaire, compétitif par rapport aux alternatives aux combustibles fossiles, ce serait une opportunité très, très importante. »

Le produit en développement chez Terrestrial Energy est nommé « Réacteur Intégral à Sels Fondus«  (en anglais: Integral Molten Salt Reactor, IMSR). C’est un petit réacteur modulaire qui a l’objectif d’être le plus simple et le moins cher possible, pour démocratiser l’énergie auprès d’une population la plus large possible, et ainsi lutter contre le réchauffement climatique et accroître la prospérité de l’humanité.

Illustration IMSR

L’opportunité économique que représente cette technologie est décrite en plus de détail sur le site internet de Terrestrial Energy. En mai 2015 il était indiqué sur ce site que « L’IMSR peut produire de l’énergie à un coût moyen actualisé de $0,04 / kWh », une phrase retirée depuis mais qui représente certainement l’ambition de l’entreprise.

Imaginons pour un instant un monde où l’électricité propre coûte $0,04 / kWh…

L’IMSR se décline en 3 tailles, pour conquérir différents segments du marché de l’énergie.

IMSR 80 300 600

  • L’IMSR80 génère 80 mégawatts de chaleur, ou 33 mégawatts d’électricité
  • L’IMSR300 génère 300 mégawatts de chaleur, ou 141 mégawatts d’électricité
  • L’IMSR600 génère 600 mégawatts de chaleur, ou 291 mégawatts d’électricité

La taille relativement petite de ces réacteurs permettrait de les construire en usine et les livrer préfabriqués sur le site d’une centrale nucléaire, en contraste avec les grands réacteurs proposés par l’industrie nucléaire traditionnelle, tel que l’EPR d’Areva (maintenant EDF…) avec ses 4500 mégawatts de chaleur et 1650 mégawatts électriques.

Mais les économies d’échelle offertes par une production en série des réacteurs sont éclipsées par l’opportunité présentée par le changement d’un combustible nucléaire solide à un combustible LIQUIDE. Dissoudre l’uranium ou le thorium dans un mélange de sels fondus permet de concevoir un système d’énergie qui fonctionne à pression atmosphérique, avec des substances qui sont chimiquement très stables. En effet, la chimie des sels fondus offre une première barrière de confinement efficace pour les produits de la réaction de fission. Et cette sécurité intrinsèque permet de concevoir un système bien moins cher.

Le coût de l’électricité nucléaire est largement dominé par le capital nécessaire à la construction d’une centrale. A l’opposé d’une centrale thermique, le combustible nucléaire représente une petite fraction du coût global de l’énergie produite. Et il y a une relation directe entre l’investissement de capital nécessaire pour construire un système d’énergie nucléaire et le profil de sécurité intrinsèque du système de réacteur.

CAPEX = ƒ (profil de sécurité intrinsèque du système de réacteur)

Un aspect intéressant de Terrestrial est une volonté de communiquer assez ouvertement sur leur technologie. L’entreprise utilise les médias sociaux (Facebook, Twitter, LinkedIn) et a écrit un article Wikipedia sur l’IMSR. Cet article est désormais traduit en français, sur Wikipédia.fr

Wiki IMSR

David Leblanc, président et directeur technique de Terrestrial Energy a parlé du développement de l’IMSR à la conférence TEAC7 sur l’énergie du thorium, en juin 2015 (voir cette video). Il présentera un nouvel aperçu au symposium de la World Nuclear Association, le 10 septembre 2015 à Londres.

En tant qu’entreprise privée, Terrestrial Energy ne communique pas sur le niveau d’investissement qu’ils ont obtenu. Mais regardons une sélection des personnes qu’ils ont nommées au sein de leur conseil d’administration, équipe de management et conseil consultatif international (cliquez sur les images pour plus d’information) :

Bodner Edwards Engel Hill Johnson MacDiarmid Merrifield Reinsch Rickman Whitman

Certaines de ces personnes ont occupé des postes aux plus haut niveaux des administrations, institutions et entreprises de l’Amérique du nord. Clairement, ils sont convaincus de la nécessité de poursuivre cette technologie activement. Les réacteurs à sels fondus de Terrestrial Energy et d’autres jeunes entreprises pourraient bien représenter l’opportunité du 21ème siècle.

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Nucléaire : l’impératif de l’innovation

Hugh MacDiarmid est un homme avec une mission.

L’ex PDG d’Energie Atomique du Canada Limité est maintenant président du conseil d’administration de Terrestrial Energy, l’entreprise créée fin 2012 à Ottowa pour créer et commercialiser leur technologie de Réacteur à Sels Fondus Intégral (RSFI).

Le 24 septembre 2014, il a prononcé un discours au prestigieux Club économique du Canada, avec le titre « Nucléaire : l’impératif de l’innovation ».

(vidéo sous-titrée en français)

Il est intéressant de lister quelques phrases clés de la traduction française de ce discours :

  • A Terrestrial Energy, je crois que nous avons quelque chose de spécial
  • Nous sommes confrontés à une croissance toujours plus élevée de la demande d’énergie.
  • L’innovation viendra sûrement et elle va créer une rupture.
  • Nous pensons que cet avenir pourrait arriver plus tôt que prévu.
  • Il n’y a pas assez de bonnes réponses dans la gamme existante de solutions d’approvisionnement.
  • Le réacteur à sels fondus intégral, le RSFI, pourrait être l’une des réponses à cette insuffisance de l’offre
  • C’est une opportunité formidable pour la communauté nucléaire au Canada.
  • Qu’est-ce qu’un réacteur à sels fondus et comment c’est différent ? De façon générique, c’est un système de réacteur qui utilise un combustible liquide. C’est une différence fondamentale. Tous les autres utilisent un combustible solide.
  • Il doit passer le test de la viabilité commerciale – et nous croyons que notre RSFI passe ce test.
  • La valeur en capital est largement récupérée sur la durée de vie de sept ans que nous estimons pour l’unité cœur du RSFI.
  • Nos estimations indiquent que le RSFI va démontrer un coût d’énergie sur durée de vie le plus bas de toute technologie connue, et par une certaine marge.
  • Le RSFI sera une machine beaucoup moins chère à construire et à exploiter – point.
  • Nous avons choisi le graphite comme modérateur.
  • Le RSFI répond à la définition acceptée d’un petit réacteur modulaire.
  • La consommation d’uranium par kilowatt-heure sera un sixième du nucléaire conventionnel.
  • Pour nous, le combustible nucléaire usé est une source d’énergie intéressante.
  • Le RSFI a une empreinte de déchets beaucoup plus petite, avec une durée relativement courte.
  • La température de sortie plus élevée ouvre de nombreuses nouvelles applications industrielles qui ne sont pas viables pour le nucléaire classique. Nous pensons que le marché de la chaleur industrielle pourrait devenir encore plus grand pour le RSFI que la production d’électricité.

Il est également instructif de découvrir sur le site internet de Terrestrial Energy le calibre et le niveau d’expérience de l’équipe dirigeante de cette entreprise.

Alors, qui sera le premier dans la course à la fission liquide ? La Chine ? Le Canada ? Le Royaume-Uni ? Ou un autre ? Et quand verrons-nous cette technologie en Europe ?

Au Canada, un réacteur à sels fondus pour 2021

L’entreprise Terrestrial Energy Inc. (TEI) a été fondée fin 2012. Avec son siège dans l’Ontario, Canada, elle a comme mission de développer un réacteur à sels fondus opérationnel de démonstration à une échelle commerciale pour 2021 – entièrement sous licence et prêt pour un déploiement commercial important.

Terrestrial Energy Inc

Terrestrial Energy a été créé autour de David Leblanc (centre) et son portfolio de propriété intellectuelle. D’en haut à gauche : Louis Plowden-Wardlaw, Hugh MacDiarmid, Simon Irish, Canon Bryan, Paul McIntosh, John Kutsch, Bryan Mercer, Chris Popoff

TEI a annoncé lundi 31 mars que l’entreprise a clôturé avec succès son dernier tour de financement du capital d’amorçage, et que ce tour a été sursouscrit. Elle a également annoncé la nomination de Hugh MacDiarmid en tant que président du conseil d’administration. M. MacDiarmid a accumulé une vaste expérience de direction dans de grandes entreprises comme Énergie atomique du Canada limitée, où il a servi en tant que PDG de 2008 à 2011.

Le réacteur à sels fondus intégral de TEI est une conception petite et modulaire, avec des modèles allant de 29 MWe à 290 MWe – parfaitement adaptés pour les collectivités éloignées et les activités industrielles, y compris la fourniture d’énergie par réseau électrique ou hors-réseau.

IMSR FR

La technologie des réacteurs à sels fondus représente une révolution dans la sécurité nucléaire, la gestion des déchets, la résistance à la prolifération et la compétitivité du coût de l’énergie.

SMR FR

Le Canada présente un environnement légal et politique favorable pour l’entreprise, pour le développement, l’obtention de licences et le marketing d’un réacteur à sels fondus. Le conseil d’administration de TEI est composé de dirigeants des secteurs des sables bitumineux, des mines et de la finance.Installation FRL’entreprise a désormais le financement nécessaire pour progresser à la prochaine phase de conception amont, comme prévu. Le développement est prévu en 3 étapes:

i) Démarrage : Production d’un rapport de pré-concept.

ii) Production d’un rapport de design conceptuel.

iii) Construction et obention d’une licence. Développement commercial.

Ces 3 étapes doivent se terminer en 2021. Une phase de commercialisation de le technologie s’en suivra.

Venez pour le thorium, restez pour le réacteur

« Le mieux est l’ennemi du bien. »

Dans sa présentation à la quatrième conférence du « Thorium Energy Alliance » à Chicago en juin 2012, Dr. David Leblanc nous explique qu’il y a moult façons différentes de concevoir un réacteur nucléaire à sels fondus (RSF).

Le fichier .pdf de cette présentation est ici.

Il est important de comprendre que les RSF sont une famille de réacteurs. Sous certains aspects, tous les réacteurs de cette famille sont égaux :

  • Ils utilisent un combustible liquide
  • Ils fonctionnent à pression atmosphérique
  • Ils peuvent fournir une énergie moins chère que les combustible fossiles
  • Ils fonctionnent à haute température, permettant un meilleur rendement dans la génération d’électricité
  • Ils génèrent des déchets qui ont une radioactivité signifiante pendant quelques centaines d’années seulement
  • Ils ont un niveau de sécurité largement supérieur aux réacteurs actuels de génération 2 et 3, refroidis à l’eau sous pression

… mais sous d’autres aspects, certains RSF sont plus égaux que d’autres. Et là, tout dépend des objectifs que l’on se donne.

Alors que la communauté scientifique se concentre sur la conception du meilleur RSF possible, pour optimiser des facteurs tels que prix de l’énergie et consommation de combustible (et c’est très bien!), David Leblanc cherche à identifier le RSF avec la conception la plus simple possible, pour réduire les barrières d’entrée à cette technologie et permettre son rapide déploiement.

Le thorium, avec une abondance dans la croute terrestre trois à quatre fois plus importante que l’uranium, représente certes le combustible optimal. Et un réacteur surgénérateur comme LFTR (USA) ou MSFR (France) représente certes la machine optimale pour exploiter son énergie. Mais l’uranium n’est pas l’ennemi d’un réacteur à sels fondus, et il existe une variante de RSF appelée DMSR (Denatured Molten Salt Reactor –> Réacteur à Sels Fondus Dénaturés) qui peut fonctionner avec un mélange thorium / uranium, ou bien avec de l’uranium uniquement, qui serait plus simple à déployer et auquel David Leblanc s’intéresse particulièrement.

Le concept du DMSR a été proposé par le Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL) en 1980. David Leblanc travaille sur une amélioration de ce concept qui aurait les caractéristiques suivantes :

  • Environ 100m^3 de sel
  • Fonctionnement pendant 10 à 15 ans sans retraitement du sel
  • Utilisation annuelle d’environ 35 tonnes d’uranium par GWye (soit 17% des besoins d’un réacteur à eau pressurisée)
  • Démarrage avec seulement 3,5 tonnes par GWe d’uranium 235 fissile (en format faiblement enrichi)
  • Très grande résistance à la prolifération nucléaire
  • La moitié des produits de fission est collectée sous forme gazeuse
  • Pertes de neutrons limitées à 5% (REP : 22%, CANDU : 12%)

Une application de cette technologie pourrait être l’extraction de pétrole des sables bitumineux au Canada, avec l’utilisation de la chaleur nucléaire pour générer la vapeur nécessaire à l’extraction « in situ » avec la technologie SAGD (Drainage Gravité Assisté par Vapeur).

Dans un réacteur surgénérateur, un retraitement régulier du sel est nécessaire pour éviter les pertes de neutrons dues à l’empoisonnement par les produits de fission. Mais c’est ce retraitement qui présente un des plus grands défis techniques, et donc une dépense importante en coûts de recherche et développement pour éprouver la technologie. Le DMSR pourrait permettre de bénéficier plus rapidement des avantages des RSF, et de développer en parallèle les concepts optimums surgénérateurs.

Les réacteurs à sels fondus sont connus pour leur association avec le thorium, mais le plus important serait de commencer dès que possible à bénéficier de leurs très grands avantages dans la génération d’énergie sans CO2, et d’augmenter notre expérience réelle dans leur conception, construction et opération. Le réacteur est donc plus important que le combustible.

Comme le dit David Leblanc, « Venez pour le thorium, restez pour le réacteur » !