Une journée technique

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 :

VCT

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.

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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-Economie des 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 !

ASTRID

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.

Enjeux ASTRID

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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.

MSFR

Il est déjà appréciable que la SFEN ait accepté, pour la première fois, d’inclure une présentation sur cette technologie dans une 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.

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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.

 

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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

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.

 

Pourquoi le nom de ce blog a changé

Depuis mai 2012, le blog « Energie du Thorium » a permis aux francophones de suivre la croissance du mouvement mondial en faveur du thorium et des réacteurs à sels fondus.

Après 75 articles, Energie du Thorium devient « Fission Liquide ». Changer le nom d’un blog n’est pas une mince affaire – alors pourquoi le faire ?

En soi, promouvoir l’utilisation du thorium en tant que source d’énergie est tout à fait louable. Il est 3 à 4 fois plus abondant dans la croûte terrestre que l’uranium, il est bon marché, son cycle de combustible produit moins de déchets problématiques comme le plutonium. Dans le futur, les humains auront besoin du thorium.

Mais sans une machine pour extraire son énergie, le thorium est inutile. Comme pour tout système d’énergie, la machine est plus importante que son combustible. Ce n’est pas la découverte du charbon qui a été à l’origine de la révolution industrielle. C’est l’invention par James Watt d’une machine à vapeur qui fournissait de l’énergie moins chère que les autres sources d’énergie disponibles à l’époque, comme la force des bêtes ou les moulins à eau et à vent.

De la même manière, la première ère nucléaire n’a pas commencé en 1789 avec la découverte de l’uranium. Elle a commencé à Chicago en décembre 1942 avec la première réaction en chaîne artificielle.

Primaire de Los Alamos

L’humanité était alors en plein milieu de la plus grande guerre de son histoire, et le projet Manhattan a été rapidement mis en place pour fabriquer des armes nucléaires. En 1943 les nouveaux arrivants au Laboratoire national de Los Alamos ont été présentés avec un court précis technique, le « Los Alamos Primer » qui illustrait avec des croquis comment fabriquer une bombe à fission et les différents concepts en étude.

Ces concepts ont un point en commun – ils utilisent tous de la matière fissile solide. Fabriquer cette matière était la priorité numéro un du projet Manhattan. Les dépenses du projet au 1er octobre 1945 étaient de 1,845 milliard de dollars, dont plus de 90 % furent consacrés à la construction des usines et à la production des matières fissiles tandis que le développement et la production des armes ne représenta que 10 % du total.

 

Avec la fin de la guerre en 1945, une nouvelle question se posait : comment utiliser les connaissances acquises et les technologies développées à travers cette dépense militaire énorme, pour le bénéfice de l’humanité ?

Mauvaise question.

Certains experts du projet Manhattan comme Eugene Wigner et Alvin Weinberg ont protesté qu’une machine pour produire une énergie nucléaire fiable, sûre, propre, durable et bon marché devait davantage profiter des techniques de la chimie, lesquelles nécessitent l’utilisation de combustibles liquides. Protestations futiles –  l’inertie des humains et des capitaux a entrainé l’humanité sur le chemin de la fission solide pour sa production d’énergie nucléaire.

En 2016 tous les systèmes d’énergie nucléaire en service utilisent des combustibles solides. Dans le conflit économique qui oppose fossile et fissile, le climat est pris en otage et l’énergie fissile se fait lentement massacrer. Pour réaliser tout son potentiel dans la lutte contre le réchauffement climatique et dans la relance de la prospérité humaine, la fission nucléaire doit être moins chère que le charbon.

Toutes les technologies ont un seuil de coût minimum, qui émerge après d’importants efforts d’ingénierie. Un changement technologique fondamental est la seule manière de baisser ce seuil.

Le seuil de coût de la fission solide a augmenté en raison de changements réglementaires, certains légitimes, d’autres dus à l’hystérie, mais tous sont encouragés par l’industrie des combustibles fossiles. Ce seuil semble se stabiliser un peu au delà de celui des énergies fossiles.

Pour la fission liquide, le seuil de coût bénéficie de plusieurs avantages importants. Premier sur la liste est la possibilité d’un nouveau dialogue avec les autorités de sûreté concernant les produits de fission : les isotopes dangereux sont confinés chimiquement dans le combustible sous forme de sels liquides, dès qu’ils sont produits, ce qui élimine un danger qui fait peur à tout le monde (à un degré plus ou moins important) – la fuite de gaz radioactifs dans l’atmosphère. Le résultat de plusieurs estimations crédibles est que le seuil de coût pourrait être moins cher que les combustibles fossiles. C’est une très, très grosse affaire.

La fission liquide, c’est rompre avec le passé militaire de la technologie nucléaire, c’est travailler sur l’élimination intrinsèque des dangers, c’est mettre le marché avant la technologie et les études économiques avant les études neutroniques, c’est repositionner la fission à l’interface de la physique et de la chimie, c’est la possibilité de résoudre des décennies de conflit entre les groupes pro- et anti-nucléaire.

C’est répondre à la bonne question, qui aurait dû être posée en 1945 : pour la prospérité des humains et la protection de l’environnement, quelle est la meilleure technologie possible pour exploiter l’énergie de la fission nucléaire ?

La fission liquide est une famille de technologies qui ont des combustibles nucléaires à l’état liquide. Certaines branches de cette famille utilisent le thorium comme source d’énergie et d’autres utilisent l’uranium. Alors même que le meilleur réacteur à sels fondus imaginable serait alimenté par du thorium, il y a de nombreuses voies pour arriver à ce but ultime. Le thorium n’est pas une panacée – les bénéfices d’un combustible liquide sont bien plus importants que les bénéfices du thorium versus l’uranium.

Quand l’humanité aura maitrisé la fission liquide, le thorium sera la cerise sur le gâteau. Il faut cuire le gâteau avant de poser la cerise !

Cerise

Voilà pourquoi il est devenu nécessaire de changer le nom de ce blog. Si vous êtes venu pour le thorium, restez pour le réacteur. L’aventure continue sur le domaine fissionliquide.fr et sur Facebook et Twitter.

Le Réacteur à Sels Stables au Bourget

Moltex Energy est une entreprise privée britannique, créée pour résoudre le défi le plus pressant du monde: l’énergie propre, sûre et bon marché.
Cette société comme aucune autre dans le nucléaire, exploite une percée scientifique majeure et les dernières technologies afin de développer des réacteurs nucléaires radicalement meilleurs pour alimenter la planète en énergie sûre, propre et économique au 21e siècle.

Moltex WNE

Moltex Energy exposera son concept de Réacteur à Sels Stables à l’édition 2016 du World Nuclear Exhibition, du mardi 28 au jeudi 30 juin au parc des expositions du Bourget.

Cette technologie est née d’une volonté de simplifier et réduire le coût de l’énergie nucléaire, en exploitant les avantages intrinsèques de sécurité offertes par un combustible nucléaire liquide.

Mais le Réacteur à Sels Stables est différent des autres réacteurs à sels fondus. Son combustible est un liquide statique contenu dans des tubes, dans des assemblages très similaires à ceux d’un réacteur nucléaire classique.

Pour découvrir cette technologie, la vidéo suivante est sous-titrée en français :

L’architecture du réacteur est explorée dans cette visite interactive, également sous-titrée en français :

La volonté de valoriser l’innovation est un élément clé de l’édition 2016 du WNE. Un espace « Innovation Planet » dédié aux start-up et aux sociétés innovantes nouvellement créées se tiendra au cœur du salon.

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Moltex sera présent sur le stand 2B-H79/H80 avec une maquette physique de leur concept modulaire, déjà exposée le 1 et 2 juin à la réunion CEM7 (Clean Energy Ministerial) accueillant les ministres de l’énergie de nombreux pays à San Francisco aux États-Unis.

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Maquette et CEMPour rencontrer et discuter avec Moltex Energy ainsi que 653 autres exposants, l’accès au World Nuclear Exhibition est gratuit, avec inscription obligatoire. Vous pouvez commander votre badge ici.