Machines à vapeur

Attention ! Question piège :

Qui a inventé la machine à vapeur ?

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La réponse ?

Tous ont apporté leur pierre à l’édifice. La nature du développement technologique est ainsi – chaque inventeur se tient sur les épaules des géants qui l’ont précédé.

L’histoire du développement humain est étroitement liée au coût de l’énergie. Les humains chasseurs-cueilleurs de la préhistoire ont besoin d’une grande superficie de terrain pour survivre. Une population plus importante devient possible avec l’agriculture, puis en remplaçant l’énergie mécanique des hommes par celle des animaux de trait. Mais à la fin du moyen âge, l’Europe est confrontée à la catastrophe écologique de la déforestation. On commence alors à exploiter l’énergie thermique de la houille, mais les réserves disponibles près de la surface sont rapidement épuisées.

Thomas Newcomen combine les idées de Denis Papin et Thomas Savery pour inventer en 1712 la première machine à vapeur utilisée commercialement, pour extraire l’eau des mines et permettre une extraction en profondeur.

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Avec cette machine thermique les humains sont enfin capables de transformer l’énergie thermique en énergie mécanique. C’est le début de la révolution industrielle.

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Le coût de l’énergie issue d’une machine thermique est composé :

  • du coût du capital de la machine
  • du coût du carburant pour la source de chaleur
  • des coûts de fonctionnement

La machine de Newcomen est capable de convertir en énergie mécanique seulement 1,3% de l’énergie dans le charbon qui l’alimente. Avec ce faible rendement, son coût du carburant est très important, mais il faut attendre 58 ans et l’invention de James Watt pour faire mieux.

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La genie de Watt est de réaliser que la machine de Newcomen gâche presque trois quarts de l’énergie de la vapeur en chauffant le piston et la chambre. Avec une chambre de condensation séparée, le rendement est plus que doublé. Le coût de la machine étant similaire, l’énergie produite coûte bien moins cher.

Watt s’associe alors avec Matthew Boulton. Les revenus de leur entreprise « Boulton & Watt » sont avant tout générés par les économies en charbon réalisées par les propriétaries des machines.

Pensez-vous que James Watt a inventé la machine à vapeur ?

Rendement des machines à vapeur

Source : « Dynamics of Technological Change« , L.A. Girifalco, p.484

L’histoire de la révolution industrielle est une course pour atteindre des rendements toujours plus importants des machines thermiques. C’est vrai que Watt y a largement contribué, mais cette démocratisation du coût de l’énergie qui rend possible la vie moderne est le travail de multiples inventeurs et ingénieurs.

La machine de Newcomen, utilisée uniquement dans les mines, a rapidement été remplacée par celle de Watt. Avec un coût de l’énergie toujours en baisse grâce aux améliorations en continu chez Boulton & Watt, leur machine remplace également l’énergie éolienne des moulins à vent et l’énergie hydraulique des roues à aubes, devenant de plus en plus utile.

Il est étonnant dans le graphique ci-dessus de remarquer qu’il faut 200 ans pour passer d’un rendement de 1,3% au rendement de 20% de la première turbine de Charles Parsons. On ne peut jamais sous-estimer la difficulté que présente le changement technologique – souvent les technologies nécessaires à la fabrication d’une machine rentable progressent moins vite que les théories et les idées des inventeurs.

Aujourd’hui les turbines dans les centrales électriques à cycle combiné gaz permettent d’atteindre des rendements supérieurs à 61%, mais les temps modernes ont vu un autre progrès important dans les machines à vapeur, du côté de la source de chaleur.

EPR Flamanville

Une grande machine à vapeur actuellement en construction à Flamanville

Les combustibles nucléaires à base d’uranium et thorium ont une densité énergétique environ 1 million de fois supérieure aux combustibles fossiles, mais les machines pour extraire cette énergie sont bien plus complexes que les chaudières des anciennes machines à vapeur. Le nucléaire a donc une logique économique différente, où le coût du carburant est minime et le capital investi dans la machine représente la plupart du coût de l’énergie.

En 2016 l’humanité est confrontée au réchauffement climatique. Malgré le progrès des énergies renouvelables et du nucléaire à bas carbone, les énergies fossiles progressent plus vite parce qu’elles sont moins chères. L’histoire de la machine à vapeur nous montre que la prospérité humaine progresse quand le coût de l’énergie diminue. Le défi majeur du 21ème siècle est d’atteindre une prospérité décente pour chaque humain et simultanément d’arrêter le réchauffement climatique et réduire l’impact des humains sur l’environnement. La conférence COP21 a échoué à mettre en place une taxe carbone parce qu’il est politiquement impossible de rendre l’énergie plus chère, même si elle est sale. L’énergie propre est un problème d’ingénierie – elle doit être moins chère que le charbon.

Le développement commercial de la fission nucléaire a atteint un niveau très similaire à celui de la machine à vapeur il y a 250 ans.

  • Après des premières expériences, un seul principe a été déployé commercialement
  • Cette technologie a atteint ses limites
  • La technologie est sur le marché depuis plus de 50 ans
  • L’utilisation du carburant est faible
  • Le coût de l’énergie produite n’est pas très competitif avec les alternatives sur le marché
  • Quelques centaines de machines ont été produites
  • Les machines ont une seule utilisation commerciale
  • La civilisation humaine est face à une crise environnementale
  • Le rythme de déploiement des machines est insuffisant pour résoudre cette crise environnementale.
  • Le potentiel théorique reste immense
  • Un système amélioré a été inventé, avec le potentiel de faire une rupture dans le coût de l’énergie
  • Ce nouveau système est en cours de développement
  • L’industrie établie a dénoncé la faisabilité du nouveau système [1]

Tout comme Boulton & Watt, les innovateurs actuels dans l’énergie nucléaire ont réalisé l’importance primordiale de réduire le coût de cette énergie. Mais au lieu de viser une meilleure utilisation du carburant, les principes économiques de l’énergie nucléaire nécessitent de réduire le coût de la machine.

Alors, pourquoi les systèmes d’énergie nucléaires actuels sont-ils chers?

Quand on fissionne le noyau d’un atome, deux nouveaux atomes sont générés qui s’appellent des produits de fission. Ils sont très radioactifs et hasardeux pour les humains. Ces atomes se désintègrent sur des périodes plus ou moins longues jusqu’au moment où ils deviennent des isotopes stables qui ne sont plus hasardeux.

Dans les réacteurs à eau pressurisée utilisés aujourd’hui, le combustible est un solide. Les produits de fission restent enfermés dans cette matière solide mais peuvent s’échapper si le combustible chauffe et fond. Comme certains produits sont des gaz, un confinement du réacteur est nécessaire pour éviter leur dispersion dans l’atmosphère en cas d’accident. Ce confinement est compliqué et cher parce que le système fonctionne avec une pression très élevée. Ces fragilités nécessitent l’utilisation de nombreux systèmes de sécurité compliqués et onéreux pour garantir un niveau de sûreté acceptable.

Le coût d’un système d’énergie nucléaire est une fonction du profil de sécurité intrinsèque du système de réacteur.

Dans un réacteur à sels fondus le combustible est un liquide. Le mélange de sels est choisi pour rester liquide sur une grande plage de températures, et pour pouvoir dissoudre la matière fissile et la plupart des produits de fission sous la forme de sels qui sont chimiquement très stables. La dilatation du liquide selon la température assure un fort coefficient de contre-réaction qui donne une stabilité dynamique de fonctionnement, à pression atmosphérique. Avec une sécurité intrinsèque assurée par cette conception chimique, la « fission liquide » permet d’envisager un système de réacteur plus simple et bien moins cher.

Une course internationale a commencé pour lancer cette technologie sur le marché. La magie de l’entrepreneuriat, quand un architecte technique avec une idée rencontre un investisseur avec des fonds, est à l’oeuvre pour concevoir puis construire ces machines, avec des millions de dollars engagés. La rupture technologique de la fission liquide n’est plus une question de « si ». C’est une question de « qui » et de « quand ».

Qui seront les Boulton & Watt du 21ème siècle ?

Partenariats

L’énergie nucléaire suivra la même courbe de développement que la machine à vapeur, mais avec un décalage d’environ 250 ans. Avec un coût compétitif et une capacité de production importante, elle contribuera activement à lutter contre le réchauffement climatique.

Pour les systèmes à fission liquide en développement aujourd’hui, les principaux éléments de création de valeur qui permettront de réduire le coût de l’énergie seront :

  • La sécurité intrinsèque d’un combustible liquide chimiquement stable
  • Une conception élégante et simplifiée, avec une architecture astucieuse du système complet
  • Une température de fonctionnement plus élevée
  • Une approche modulaire pour la fabrication des bâtiments et composants, l’assemblage et la mise en exploitation

Pour le futur, il reste un potentiel important de réduction de coût avec :

  • Des systèmes surgénérateurs
  • Des machines thermiques plus petites qui exploitent mieux les hautes températures de fonctionnement
  • Un cycle de combustible au thorium, ou qui incinère les déchets des réacteurs actuels
  • Des améliorations des matériaux pour prolonger la vie de certains composants
  • Un processus rationalisé pour l’attribution de licences d’exploitation

… sans mentionner les inventions à venir.

Et comme la machine à vapeur, les systèmes d’énergie nucléaire moins chers et plus compacts trouveront beaucoup plus d’utilisations :

  • Fourniture de chaleur pour les processus industriels
  • Production de carburants liquides de synthèse à partir d’eau et de dioxide de carbone
  • Dessalement de l’eau de mer
  • Alimentation de collectivités hors réseau
  • Propulsion marine

Ce futur est possible. Il est même probable car il est nécessaire. Avec l’esprit d’entreprenariat qui animait Boulton & Watt nous pouvons fabriquer des machines à vapeur modernes et moins chères qui seront un progrès pour l’humanité et pour la planète.

[1] Quand John Smeaton a vu la première machine de Watt, il a signalé à la société des ingénieurs que « ni les outils ni les ouvriers existent qui peuvent fabriquer une machine aussi complexe avec suffisamment de précision ».

UK flag Cet article a été publié en anglais sur le site de la « Alvin Weinberg Foundation »

MSFR – suivi de charge et sûreté

Le réacteur nucléaire rapide à sels fondus, ou MSFR (pour Molten Salt Fast Reactor) est étudié par le CNRS au Laboratoire de Physique Subatomique & Cosmologie (LPSC) à Grenoble.

Le combustible liquide de ce réacteur apporte une simplicité de conception et une sécurité intrinsèque, avec une grande flexibilité d’opération qui serait très complémentaire avec les énergies renouvelables, pour les problèmes de suivi de charge.

Suivi de charge

Noël 2015 – Renouvelables : une production intermittente allant du simple au triple. Cliquez sur l’image pour visiter le site du Réseau de Transport d’Électricité, avec des données en temps réel.

Dans le domaine de la production d’électricité, on appelle suivi de charge la pratique qui consiste à faire varier la puissance de fonctionnement d’une centrale de façon à l’adapter aux variations de la demande. Plus on produit de l’électricité avec des sources renouvelables non dispatchables comme le solaire et l’éolien, plus les autres sources dispatchables doivent s’adapter rapidement pour suivre la charge globale des consommateurs.

Pour les centrales nucléaires actuelles, un changement de puissance trop rapide peut endommager les crayons de combustible solide. En fonction du type de réacteur le changement de régime est limité à 1% – 5% de la puissance maximale par minute.

Un réacteur à sels fondus n’a pas les mêmes limitations – son combustible est un liquide. Pour illustrer la capacité de suivi de charge du réacteur MSFR, l’équipe CNRS à Grenoble a realisé des calculs de couplage neutronique et thermohydraulique sur des segments d’1/16ème du cœur, chacun avec leur unité de pompe / échangeur.

Calcul neutronique et thermohydraulique

En effet, la performance neutronique du réacteur est impactée par les changements thermo-hydrauliques, et sa performance thermo-hydraulique est impactée par les changements neutroniques. Les calculs et simulations font partie de la soutenance de thèse d’Axel LAUREAU, présentée le 16 octobre 2015.

Une variation de puissance de 33% en une minute a été simulée. On demande au réacteur de passer d’une puissance de 2GW à 3GW en 60 secondes – ce sont les lignes rouges dans l’image ci-dessous.

Suivi de charge

Dans chaque illustration colorée en bas de l’image, on observe deux fois 1/16ème du cœur : à gauche la distribution de puissance produite dans le combustible liquide, et à droite la distribution de température.

Grâce à la propriété de contre-réaction forte du combustible liquide, le réacteur se comporte très bien et en toute sécurité lors de cette transition. Une réduction de puissance rapide de 3GW à 2GW en 60 secondes est également illustrée, par les lignes bleues.

Cette méthode de calcul permet d’aller plus loin et de simuler des scénarios accidentels, pour évaluer la sûreté du réacteur. Dans les vidéos suivantes un incident de sur-refroidissement et un incident d’insertion de réactivité sont illustrés. ATTENTION ! Les échelles de temps sont logarithmiques !

Dans cette simulation le réacteur est initialement dans un état stable avec une faible puissance de 0,1GW (100MW). L’incident simulé est un sur-refroidissement par le circuit intermédiaire, où la température du sel dans ce circuit est instantanément modifiée pour représenter une puissance extraite de 3GW – un événement peu probable considéré comme un cas enveloppe.

La marge à la criticité prompte est de -125pcm (=0.125%), elle représente la contribution des neutrons retardés à la réaction en chaine, et correspond à la réserve de réactivité insérable avant que les neutrons prompts ne pilotent seuls et abruptement la réaction en chaine. Pour éviter cette situation de sur-criticité prompte, on doit rester en-dessous de la ligne de 0 pcm.

Le sel combustible dans l’échangeur est refroidi. Il est transporté par la pompe et vers 0,5 secondes ce sel refroidi commence à rentrer dans le cœur du réacteur, ce qui augmente la réactivité. Vers 1,0 secondes, la puissance commence à monter, ce qui fait monter la température du sel. La dilatation du liquide contribue à réduire la réactivité, et cette contre-réaction est bien supérieure à l’effet du sur-refroidissement : après 1,5 secondes la réactivité atteint un pic avant de redescendre vers son état initial de -125 pcm. Après 3 secondes, la puissance commence à se stabiliser sur la puissance extraite de 3GW.

Conclusion : très bonne capacité du réacteur à compenser un incident de sur-refroidissement de 0,1 à 3GW.

Dans cette simulation le réacteur est initialement dans un état stable de production d’énergie, à sa puissance nominale de 3GW. L’incident simulé est une insertion de réactivité de 1000 pcm (1 pcm = 1 pour cent mille soit 1% ici) en 1 seconde – un événement peu probable considéré comme un cas enveloppe.

La marge à la criticité prompte est de -125pcm (=0.125%), elle représente la contribution des neutrons retardés à la réaction en chaine, et correspond à la réserve de réactivité insérable avant que les neutrons prompts ne pilotent seuls et abruptement la réaction en chaine. Pour éviter cette situation de sur-criticité prompte, on doit rester en-dessous de la ligne de 0 pcm.

Quand on commence à insérer de la réactivité, la puissance et donc la température commencent à monter. Mais comme le combustible est un liquide il se dilate, ce qui contribue à réduire la réactivité. Cette contre-réaction permet de compenser parfaitement l’insertion de réactivité. Après 0,1 secondes la réactivité atteint un pic avant de redescendre vers son état initial de -125 pcm.

Conclusion : très bonne capacité du réacteur à compenser une insertion rapide de réactivité.

 

Sauvons la planète !

Dans 5 jours, la Conférence des Nations unies sur les changements climatiques, ou COP21, ouvrira ses portes au Bourget. Alors que 2015 pourrait être l’année la plus chaude jamais enregistrée, la cible de la COP21 est de trouver une solution qui limite le réchauffement climatique à 2°C.

Avant même le début de la conférence, on annonce que cette cible ne sera pas atteinte. Si tous les engagements sont tenus, un réchauffement de 2,7°C est attendu. Nous laisserons à nos enfants une planète où des événements comme les canicules, sécheresses, tempêtes et inondations seront de plus en plus fréquents.

Alors comment expliquer aux enfants les enjeux du changement climatique ?

« Sauvons la planète ! » est une bande dessinée par Julie Wornan et Philippe Honnoré, née de la conviction que les enfants doivent parvenir à une bonne compréhension du changement climatique et des autres changements que subit notre planète, car c’est eux qui auront à en subir les conséquences et à chercher les solutions.

Les enfants Hugo et Élodie rencontrent Madéblanc, le fantôme d’une race de papillons disparus par cause de l’activité humaine. Le papillon magique les invite à faire un voyage autour de la Terre, assis sur ses ailes. Ils observent les résultats du changement climatique : canicules et sécheresses, tempêtes, inondations, la fonte des glaces et la montée de la mer. Ils apprennent l’impact des gaz à effet de serre, les ravages causés par les combustibles fossiles, la promesse des énergies décarbonées et les gestes qui peuvent réduire notre empreinte écologique.

Elodie

Un atome d’hydrogène explique à Élodie l’intérêt de l’énergie nucléaire

Si vous cherchez des idées de cadeaux de Noël pour des enfants qui s’intéressent à leur avenir climatique, Sauvons la planète !, éditée par Les Presses du Midi, est disponible sur amazon.fr, pour la modique somme de 17€.

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.

Le partenariat nucléaire franco – britannique

Dans la banlieue verdoyante de Londres, à côté du célèbre jardin botanique royal de Kew, se trouve un bâtiment qui abrite les archives nationales britanniques.

archives kew

Et dans ce bâtiment il y a un document remarquable.

Programme français RSF

Cliquez sur l’image pour voir le document complet (.pdf)

Déclassifié en janvier 2006, c’est un rapport sur la visite, le 15 mai 1973, au site CEA de Fontenay-aux-roses de deux scientifiques britanniques de l’Autorité britannique de l’énergie atomique (UKAEA). Dans le premier paragraphe de l’introduction, on découvre que :

« Des discussions ont lieu entre les parties intéressées concernant la possibilité de mettre en place des accords de collaboration en Europe pour poursuivre le développement d’un réacteur à combustible aux sels fondus. »

En effet, à cette époque le UKAEA développait un réacteur baptisé « Molten Salt Fast Reactor » (MSFR).

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Le réacteur MSFR britannique

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Coupe pour illustrer le coeur et les échangeurs de chaleur intermédiaires

Selon un article publié par l’Alvin Weinberg Foundation, les britanniques ont décidé qu’il y aurait peu à gagner de reproduire le travail des américains à ORNL, donc ils ont choisi de se concentrer sur un concept de réacteur à neutrons rapides de 2,5GWe refroidi au plomb, en utilisant des sels de chlorure, par opposition au réacteur MSBR à spectre thermique d’ORNL qui employait des sels de fluorure.

Ce travail, qui semble avoir reçu un financement conséquent du gouvernement britannique, était très intéressant pour l’équipe du CEA qui travaillait également à cette époque sur les réacteurs à sels fondus. Selon le rapport, le CEA sous la direction d’un chimiste (M. Faujeras) et d’un physicien (M. Lecocq),

« commence maintenant une expansion considérable de leurs études d’évaluation (jusqu’à 12 effectifs à temps plein) et a établi une collaboration étroite avec Pechiney-Ugine Kuhlmann (PUK). (…) Un intérêt industriel de ce type ajoute une nouvelle dimension à la réflexion sur les perspectives des systèmes à sels fondus et PUK montre à la fois de l’enthousiasme et des idées avancées concernant la conception. »

En 1973, PUK était le premier groupe industriel privé français. Présent dans l’aluminium, la chimie, le cuivre, le combustible nucléaire et les aciers spéciaux, le groupe avait des compétences idéales pour participer à un projet industriel de réacteur à sels fondus. Très exposé au coût de l’énergie, les chocs pétroliers ont signalé dès 1974 le début de son déclin.

La transcription en anglais

 

A la fin du rapport, dont vous trouverez ici la transcription en anglais, (version traduite en français, à venir), on sent la concurrence importante des réacteurs à combustible solide :

 

Nous avons convenu qu’avec un engagement lourd de ressources aux programmes de RNR, la voie la plus prometteuse pour le développement des RSF était par la collaboration internationale. (…)

En collaboration européenne, les français ont suggéré qu’un accord Royaume-Uni / France, fondé sur notre intérêt actif mutuel, et des structures comparables dans le CEA / AEA , EDF / CEGB et dans l’industrie, pourrait former le noyau d’autres accords (…)

C’est la décision des américains de poursuivre les surgénérateurs à combustible solide, et d’arrêter les recherches sur les combustibles liquides à Oak Ridge, qui a également signalé l’arrêt des programmes au Royaume-Uni et en France.

– – – – – – – – – – – – – – –

Cette semaine, une nouvelle page va s’écrire dans l’histoire de la fission nucléaire, avec la convention SFEN sur le partenariat franco – britannique pour un futur bas-carbone.

Cliquez pour le site SFEN de la convention

Cliquez pour le site SFEN de la convention

Cet état major des industries nucléaires françaises et britanniques aura lieu à la maison de la chimie, le 5 mars 2015. On parlera de la COP 21, de Hinkley point, de la stratégie d’Areva et du nucléaire de demain.

Mais parlera-t-on dans les coulisses du potentiel énorme des combustibles nucléaires LIQUIDES ? Pourrait-on par exemple imaginer la reprise britannique d’un développement du concept français de MSFR, ou une collaboration entre la start-up britannique Moltex Energy et le géant français Areva ?

Areva - Moltex

Dans toute entente cordiale entre la France et le Royaume-Uni sur le futur du nucléaire, les systèmes à combustible liquide peuvent jouer un rôle important. Plus que jamais, c’est le moment de remettre en cause les effets de mode et d’évaluer chaque technologie sur ses mérites, et sur son potentiel de produire une énergie décarbonée moins chère.

新年快乐, équipe TMSR !

C’est le Nouvel An en Chine, et l’année de la chèvre pourrait être historique pour l’équipe à Shanghai qui travaille pour développer le premier réacteur à sels fondus du monde à fonctionner depuis 1969.

Energie du Thorium a écrit à Xu Hongjie, le directeur du programme TMSR* au SINAP**, pour poser des questions sur l’avancement.

TMSR    Xu Hongjie

Lettre ouverte à Xu Hongjie, directeur du programme TMSR, SINAP

Cher Dr. Xu,

Ce courriel est pour souhaiter une très bonne année à vous et à toute l’équipe de TMSR.

Partout dans le monde, dans la communauté grandissante des réacteurs à sel fondus, il y a beaucoup de questions au sujet de ce programme passionnant :

  • Quand le premier réacteur (TMSR-SF1) est-il prévu d’atteindre la criticité ?
  • Comment progresse la construction du site du réacteur à Dafeng ?
  • Le réacteur TMSR-SF1 sera-t-il lié à un réacteur chimique pour la production de méthanol ?
  • Combien de personnes travaillent actuellement sur le programme ?
  • Quel est le budget global du programme ?
  • Y a-t-il toujours un soutien politique fort pour le programme, après la démission de Jiang Mianheng ?
  • La conception pour le premier réacteur à combustible liquide est-elle terminée ?
  • Quelle est la visibilité pour le coût du carburant, des capitaux et de l’énergie produite pour les technologies TMSR (combustibles solides et liquides) ?
  • Comment l’équipe est-elle organisée de telle sorte que les physiciens travaillent efficacement avec les chimistes ?
  • Dans le cadre du partenariat avec CNNC, quel sera le premier réacteur à être construit par la CNNC, et quand ?
  • SINAP a un partenariat avec le laboratoire ANSTO en Australie. Y a-t-il d’autres partenariats pour la R&D sur TMSR en dehors de la Chine ?

En 2015, avez-vous un plan de communication ? Comptez vous présenter les progrès de TMSR à la conférence ThEC15 à Mumbai, Inde en Octobre, ou à toute autre conférence en 2015 ?

Est-il prévu que TMSR soit présenté par la Chine comme une solution au changement climatique lors de la conférence climatique COP 21 à Paris en Décembre 2015 ?

Espérons que l’année de la chèvre apportera de grands progrès dans la technologie des réacteurs à sels fondus. Bonne chance à vous et à toute votre équipe.

Meilleures salutations,

John Laurie
http://energieduthorium.fr

En attendant la réponse de Dr. Xu, sa présentation à la conférence ThEC13 au CERN à Genève en 2013 donne des informations intéressantes pour ceux qui voudraient connaître plus sur ce programme.

UK flag Le courriel, tel qu’il a été envoyé en anglais, est ici.

(新年快乐 = Bonne année)

* TMSR = Thorium Molten Salt Reactor –> Réacteur à Sels Fondus au Thorium

** SINAP = Shanghai Institute of Applied Physics –> Institut de physique appliquée de Shanghai

Photo de Xu Hongjie : http://www.icri2014.eu/speakers/xu-hongjie

La cerise sur le gâteau

Si le thorium est si prometteur, pourquoi la France ne le fait pas ?

En novembre, le CEA a publié un article sur son site pour expliquer aux jeunes l’essentiel sur… une filière nucléaire au thorium.

Cliquez sur l'image pour l'article

Cet article entre directement dans le vif du sujet :

« le développement de réacteurs utilisant le thorium ne présente pas d’intérêt technico-économique sur le court ou le moyen terme ».

Et si c’est le CEA qui le dit, ils ont forcément raison. Donc voilà, pour tous les jeunes qui voyaient un nouvel espoir pour le climat et l’industrie nucléaire française, le débat est clos.

Mais attendez, lisons jusqu’au bout :

« LE THORIUM EST ENVIRON QUATRE FOIS PLUS ABONDANT QUE L’URANIUM »

– oui, effectivement.

« POUR AMORCER UN RÉACTEUR AU THORIUM, IL FAUT DE L’URANIUM »

– ouais, ou bien du plutonium, ou un mélange d’actinides mineurs.

« L’UTILISATION DU THORIUM REQUERRAIT DEUX FILIÈRES DISTINCTES »

– ah bon ? Attendez, qu’est-ce qu’ils disent là ?

« Le retraitement des combustibles usés au thorium … nécessite le développement … d’un procédé spécifique (procédé thorex) »

Ah oui ! mais ils parlent des combustibles SOLIDES !!! c’est ça en fait, la traduction de « sur le court ou le moyen terme ». Et il faut aller jusqu’à la dernière phrase du dernier paragraphe pour lire que :

« Le développement de réacteurs à sel fondu utilisant du thorium est étudié par le CNRS. »

Pas par le CEA ! Dommage, car c’est bien la transition de combustibles solides à des combustibles LIQUIDES qui peut amener une véritable révolution dans l’industrie nucléaire.

Cerise

Il est vrai que le thorium n’est pas une panacée. On peut très bien faire fonctionner un réacteur à sels fondus avec de l’uranium, du plutonium ou même avec les « déchets » des réacteurs actuels.

Mais il est vrai aussi que le meilleur réacteur à sels fondus qu’on peut imaginer serait bien alimenté par du thorium.

Et c’est pour ça que les deux sont souvent cités ensemble. Mais la plupart des bénéfices viennent du changement d’état du combustible : solide –> liquide. Par exemple, dans un réacteur à sels fondus les produits de fission gazeux se séparent du combustible tout seuls. Ils forment des bulles dans le sel liquide et peuvent être extraits avec un bullage d’hélium – un principe démontré par le réacteur expérimental à sels fondus en 1965. Cet avantage considérable (comme d’autres) est impossible avec un combustible solide.

En tout cas, la France bénéficie d’une politique très claire sur les réacteurs à combustible liquide :

Peut pas

…qui est illustrée par cette courte vidéo (un extrait d’une vidéo SFEN sur les réacteurs de génération IV)

Hmmm. On comprend maintenant pourquoi dans l’article du CEA on parle d’un « intérêt potentiel à très long terme ».

Bien sûr qu’un réacteur comme ASTRID serait beaucoup plus durable qu’un réacteur à eau pressurisée, mais si l’énergie produite n’est pas moins chère que celle du charbon (et le gouvernement pense que « Il n’est cependant pas acquis aujourd’hui que les objectifs fixés puissent être atteints à un coût raisonnable.« ), il sera difficile de convaincre les gens, en France et à l’étranger, de faire le saut de fossile à fissile. La Chine et le Canada ont compris les avantages des réacteurs à sels fondus. Seront-ils les futurs rois de la #FissionLiquide ?

Maquette du réacteur ASTRID sur le stand CEA du World Nuclear Exhibition, Le Bourget, octobre 2014

Maquette du réacteur ASTRID sur le stand CEA du World Nuclear Exhibition, Le Bourget, octobre 2014

Il est vrai que la France a un grand retour d’expérience avec les réacteurs à combustible solide refroidis par l’eau ou le sodium. Il est vrai que développer une nouvelle technologie, très différente de l’actuelle, est quelque chose de difficile. Mais ce n’est pas parce que c’est difficile qu’il ne faut pas le faire.

Enlevons les oeillères – dans la quête d’une planète à l’énergie abondante et au climat stable, il faut investir dans les solutions à réel potentiel. Espérons que les jeunes seront plus ouverts à l’innovation que le CEA.

2014 – une année chaude

L’année 2014 se classe comme la plus chaude sur la Terre depuis 1880, selon deux analyses distinctes par des scientifiques de la NASA et la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). 2014_températures_couleur Les dix années les plus chaudes dans les relevés instrumentaux, à l’exception de 1998, ont maintenant eu lieu depuis 2000.  Le réchauffement à long terme de la planète est une tendance qui se poursuit, selon une analyse des mesures de température de surface par des scientifiques de l’Institut Goddard de la NASA d’Etudes Spatiales (GISS) à New York. Dans une analyse indépendante des données brutes, également publiée vendredi, des scientifiques de la NOAA ont également trouvé que 2014 était l’année la plus chaude jamais enregistrée.Températures Terre

Depuis 1880, la température moyenne à la surface de la Terre s’est réchauffée d’environ 0,8 degrés Celsius, une tendance qui est largement liée à l’augmentation du dioxyde de carbone et d’autres émissions anthropiques dans l’atmosphère de la planète. La majorité de ce réchauffement s’est produite dans les trois dernières décennies.

Beaucoup de personnes seront préoccupées par la confirmation de cette tendance, mais choisiront de l’ignorer, ne voyant aucune solution viable pour y remédier.

shadok-pasdeprobleme

Mais quand on découvre qu’il est possible de faire de l’énergie nucléaire avec des combustibles liquides, avec une technologie éprouvée qui permet une production fiable, moins chère que le charbon, intrinsèquement sûre, durable et propre, on a tendance à regarder le problème du réchauffement climatique de plus près – et à partager l’avis des climatologues : le réchauffement climatique représente le plus grand problème de l’humanité au 21ème siècle.

S’il y a un problème, c’est qu’il y a des solutions.

  • Utiliser moins d’énergie, c’est bien, mais ça ne permettra pas d’atteindre zéro émissions de CO2.
  • Produire de l’énergie avec des sources renouvelables, c’est bien aussi, mais ça ne permettra pas de produire les énormes quantités d’énergie nécessaires au fonctionnement d’une société moderne et prospère.
  • Entre les deux, il faut choisir : fossile ou fissile.

Pour aller vers un système d’énergie à zéro carbone, la fission s’impose. Mais pour la faire correctement et efficacement il est nécessaire, et urgent, de changer de technologie.

Si la France veut être sérieuse avec sa transition énergétique et se positionner comme acteur incontournable dans la lutte contre le réchauffement climatique, sa politique actuelle de « veille technologique » pour les réacteurs à sels fondus est totalement inadéquate.

Martingale conçoit des centrales nucléaires produites en masse

Martingale Inc. a révélé une approche audacieuse pour résoudre les problèmes mondiaux de pauvreté, pollution, sécurité énergétique et climat. La conception du réacteur nucléaire ThorCon à combustible liquide est détaillée sur le site thorconpower.com.ThorCon

ThorCon est un système complet de modules de production d’énergie, avec entretien par échange et un combustible liquide, qui produit une énergie moins chère que le charbon. Jack Devanney, ingénieur en chef, a dirigé un projet « atelier des putois » de quatre ans qui a créé un nouveau type de centrale nucléaire, intégrant des technologies éprouvées avec des approches innovantes pour la fabrication et l’obtention de licences. La production pourrait commencer d’ici 2020. Martingale a publié sa conception pour une électricité bon marché, fiable et sans émission de CO2 sur thorconpower.com.

ThorCon est conçu par Martingale aux États-Unis, tout en ciblant des premières installations dans des pays tournés vers l’avenir, qui soutiennent une réglementation nucléaire neutre sur le plan technologique et qui voient les avantages du processus de licence par test. ThorCon ouvre la possibilité d’un approvisionnement d’énergie quasi illimité, de faible coût, fiable, et sans carbone d’ici 2020.

Nouveau réacteur à sels fondus au thorium – c’est parti !

SINAP - CNNC

La Compagnie Nucléaire Nationale Chinoise (CNNC) a signé un contrat d’ingénierie et de conception avec l’Institut de Shanghai de la Physique Appliquée (SINAP / CAS) pour le développement d’un réacteur à sels fondus avec le thorium comme combustible (TMSR), selon des informations de la CNNC relayées le 19/12/2014 par le site internet NucNet.

L’Institut réalisera des expériences sur les matériaux et fournira des dessins pour les boucles de refroidissement et les installations de traitement des déchets. Il créera également un plan de construction pour un projet de réacteur pilote de 10 mégawatts.

Le TMSR est un projet pilote majeur de science et de technologie lancé au début de 2014, la CNNC a dit.