Élagage des dangers

Moins cher, un réacteur à sels fondus ?

On peut comprendre que certains ont du mal à croire une telle promesse, venant d’un secteur nucléaire qui a tant de mal à respecter ses engagements, que ce soit pour les temps de construction ou pour le coût des centrales.

Cout temps EPR flamanville

Mais un réacteur à sels fondus est conçu autour d’un combustible liquide. C’est une technologie fondamentalement différente des réacteurs à eau pressurisée qui sont exploités dans toutes les centrales nucléaires françaises aujourd’hui.

Selon Jean-Marc Jancovici, en caricaturant à peine, le cout du nucléaire est à 30% un « cout technique » […] et à 70% le « cout de la précaution » (ce que d’aucuns pourraient appeler le « cout de la trouille »

Pour travailler de façon rationnelle sur cette trouille, les ingénieurs spécialistes dans les études de sécurité utilisent un outil appelé « arbre de défaillances », qui permet de représenter graphiquement les combinaisons possibles d’événements qui permettent la réalisation d’un événement indésirable prédéfini. Le dialogue entre un vendeur de réacteur comme Framatome et une autorité de sécurité s’articule autour de cet arbre de défaillances.

Avec 60 ans d’expérience dans la conception, construction et exploitation des réacteurs à eau pressurisée, l’arbre de défaillances pour cette technologie est largement connu et documenté, et c’est pourquoi le niveau de sécurité de ces machines est excellent.

Mais c’est un grand arbre.

Il y a une relation assez directe entre la taille de l’arbre de défaillances et le coût de la centrale. Alors que le concept fondamental du réacteur n’a pas changé depuis 60 ans, le retour d’expérience des incidents et accidents nucléaires a ajouté de nouvelles branches, brindilles et feuilles à l’arbre de défaillances. Et chaque feuille doit être couverte par au moins un système de sécurité, pour assurer une probabilité d’accident très faible, ce qui fait augmenter le coût.

Le paradigme actuel est qu’on a tellement de retour d’expérience avec le réacteur à eau pressurisée qu’il est pratiquement impossible de changer le concept. On doit vivre avec les dangers qui sont intrinsèques à ce concept et travailler pour réduire les risques. Dans le diagramme ci-dessous, cela implique de suivre la flèche bleue :

Réduire Risques

Revenons à l’exemple de l’EPR, qui est un exemple type de ce paradigme. Dans un réacteur à eau pressurisée, la perte de la capacité à refroidir le réacteur est un dysfonctionnement grave qui peut avoir comme conséquence une fusion du cœur. Les pompes de refroidissement qui font circuler l’eau pressurisée autour des assemblages de combustible doivent fonctionner à tout moment. Des branches conséquentes de l’arbre de défaillance sont dédiées à l’analyse des risques associés à ce danger.

Et si on perd l’alimentation électrique des pompes ?

  • On démarre un générateur diesel de secours pour rétablir le courant.

Et si le générateur de secours est en panne ?

  • On a un autre générateur de secours à côté du premier.

Et si les deux souffrent d’une faute commune ?

  • Un troisième générateur de secours, fabriqué par un autre fournisseur, est installé à côté des deux autres.

Et si le bâtiment qui contient les générateurs est endommagé ou détruit (inondation, chute d’avion, explosion terroriste…) ?

  • Dans un autre bâtiment de l’autre côté de la centrale, il y a 3 autres générateurs de secours.

Générateurs EPR

On comprend facilement que cette stratégie de redondance est un fort inducteur de complexité, de coût, et de temps pour la conception, délivrance de permis, construction & mise au point. Quand on suit la flèche bleue, le coût augmente.

Les architectes atomiques qui sont à l’œuvre dans la conception des réacteurs à sels fondus ont un paradigme différent. Pour réduire le coût d’une centrale, le concept peut être simplifié si on réduit ou élimine les dangers.

Eliminer dangers

Avec un combustible liquide, tout un tas d’outils, d’astuces et de solutions élégantes et ingénieuses sont à la disposition de l’architecte qui sont tout simplement impossibles à mettre en œuvre quand le combustible est un solide. En suivant la flèche verte on a tendance à réduire le coût, par un grand élagage de l’arbre de défaillances :

Elagage des dangers

Pression

Dans un réacteur à eau pressurisée, une énergie potentielle énorme est stockée dans l’eau chaude sous pression. Si elle est relâchée soudainement, cette eau présente le danger de se transformer en vapeur et de propulser des matières radioactives dans l’environnement. L’accumulation de produits de fission gazeux dans les gaines de combustible représente un deuxième danger de pression.

Dans un réacteur à sels fondus, le combustible liquide est à pression atmosphérique. Ces dangers sont éliminés.

Terme source volatil

Le terme source – les types et quantités de matières radioactives ou dangereuses rejetées dans l’environnement à la suite d’un accident – représente un danger différent en fonction de son état.

Terme source

Les isotopes radioactifs qui sont à l’état solide ou liquide n’iront pas loin en cas d’accident. Mais ceux qui sont à l’état gazeux peuvent être dispersés dans l’atmosphère dans un nuage radioactif capable de contaminer de vastes surfaces.

Dans un combustible conventionnel à oxyde solide certains produits de fission qui posent un risque pour la santé humaine, comme le césium et l’iode, sont volatils – ils existent à l’état gazeux.

Dans un combustible à sels fondus ces isotopes sont confinés chimiquement par le liquide ionique, avec une pression de vapeur saturante quasiment nulle. La quantité de terme source volatil est réduite par un facteur d’environ un million. Le danger qui contribue le plus à la « trouille » de l’énergie nucléaire est pratiquement éliminé.

Contrôle actif de la réactivité

Dans un réacteur à eau pressurisée, la puissance du réacteur est contrôlée à l’aide de barres de contrôle qui absorbent des neutrons.

Barres de contrôle

Quand on veut augmenter la réactivité on lève les barres de contrôle. Moins de neutrons sont absorbés et la réaction en chaîne accélère. Quand on veut réduire la réactivité ou arrêter le réacteur on baisse les barres de contrôle. C’est un système de contrôle actif, piloté par des mécanismes, par des logiciels et par des humains. Une défaillance peut mettre le réacteur dans un état instable et être à l’origine d’un accident de criticité.

Un réacteur à sels fondus est un système homéostatique, autorégulant, où le contrôle de la réactivité est géré passivement, sans barres de contrôle. Quand la température du combustible augmente, le liquide se dilate. Chaque atome se trouve un petit peu plus loin des autres, et la probabilité de fissionner un noyau lourd diminue, donc la réactivité et la puissance diminuent aussi. Quand la température baisse, le liquide se contracte et la puissance augmente. Les lois de la physique sont aux commandes.

Ecoutons le directeur scientifique de l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire :

Refroidissement actif

Dans tous les réacteurs nucléaires, la chaleur est générée de deux manières :

  1. La fission de noyaux lourds d’atomes, qui génère deux atomes plus petits appelés produits de fission (environ 89% de la chaleur produite)
  2. La désintégration des produits de fission radioactifs (les 11% de chaleur restants)

On peut arrêter la fission à tout moment. Dans un réacteur à eau pressurisée par exemple on fait tomber les barres de contrôle dans le cœur – après 2 secondes il n’y a plus de fission. Mais il est impossible d’arrêter la désintégration des produits de fission. Dans un combustible solide, cette chaleur doit passer par conduction à travers la matière de chaque pastille, et ensuite par conduction à travers la gaine pour arriver dans l’eau de refroidissement. Il est essentiel d’évacuer la chaleur pour éviter une montée en température dangereuse qui peut finir par une fonte des pastilles de combustible, d’où l’importance des pompes dans un réacteur à eau pressurisée, pour assurer un refroidissement actif, et des générateurs de secours évoqués plus haut pour assurer un fonctionnement en permanence de ces pompes.

Un combustible liquide profite du phénomène physique de la convection pour transporter la chaleur produite par les produits de fission vers les parois du réacteur, où elle peut être évacuée par des systèmes passifs qui ne nécessitent aucune intervention humaine.

Réactivité chimique

Dans un réacteur nucléaire, les matériaux utilisés peuvent être une source de dangers. Les pastilles de combustible solide dans un réacteur à eau pressurisée sont revêtues d’une gaine en alliage de zirconium, un matériau qui a beaucoup d’avantages pour le fonctionnement du réacteur. Mais le zirconium peut réagir chimiquement avec l’eau autour des gaines si elles ne sont pas refroidies correctement, dégageant de l’hydrogène :

Feu de zirconium

Pour gérer ce danger, les réacteurs EPR sont équipés de combineurs, capables de reconvertir l’hydrogène en eau, un système qui augmente le coût du réacteur.

On peut mentionner ici les réacteurs à neutrons rapides refroidis avec du sodium liquide. Le sodium est un matériau très intéressant pour la physique d’un réacteur, mais qui présente des challenges lourds (et donc chers) dans la gestion de sa réactivité chimique :

Mais ce même sodium, dans sa forme ionique et combiné avec un autre élément réactif – le chlore – vous en avez dans votre cuisine.

C’est justement parce que les sels sont composés d’éléments très réactifs qu’une fois combinés avec une liaison ionique ils forment des substances chimiquement très stables. Que se passe-t-il s’il y a une fuite dans un réacteur à sels fondus ?

Prolifération

Les vendeurs de double vitrage ne parlent plus de vitrage « anti-effraction », préférant le terme « retardataire d’effraction ». Si un cambrioleur veut casser votre fenêtre, il y arrivera s’il a assez de temps.

Pour la prolifération nucléaire c’est un peu pareil – dès qu’on utilise des matières fissiles il est impossible d’éliminer totalement le danger de leur contournement pour des utilisations militaires ou terroristes. Cette branche de l’arbre de défaillance ne peut pas être coupée, mais elle peut être élaguée si on rend la vie extrêmement fastidieuse pour une organisation avec de telles intentions.

Les réacteurs à sels fondus ont plusieurs attributs qui réduiraient ce danger :

  • Ils peuvent être alimentés par des combustibles avec des niveaux d’impuretés désavantageux pour un malfaiteur.
  • Le combustible dans le réacteur est protégé par le rayonnement intense des produits de fission.
  • Les combustibles peuvent être « dénaturés » avec de l’uranium naturel.
  • Si un retraitement en ligne est utilisé, les déchets peuvent être exempts de matières fissiles.
  • Si le cycle de combustible thorium – uranium est employé, la matière fissile est protégée par les descendants de l’Uranium-232, très radioactifs.
  • Il n’est pas nécessaire d’utiliser de l’uranium hautement enrichi

Réserve de réactivité

Les combustibles solides sont placés dans un réacteur à eau pressurisée pour une période typiquement de 12 à 18 mois. Pour assurer un fonctionnement à pleine puissance à la fin de cette période il faut commencer le cycle avec une réserve de matière fissile. En début de cycle, sans les barres de contrôle, le réacteur serait en état de sur-criticité.

Pendant le cycle, la réaction en chaîne est empoisonnée par le Xénon-135, un produit de fission gazeux qui absorbe beaucoup de neutrons et qui peut provoquer des oscillations de puissance. Ce gaz est produit à l’intérieur de la matière solide du combustible, et reste bloqué dans sa structure. Il est nécessaire de prévoir un surplus de réactivité pour compenser la réactivité perdue par l’absorption des neutrons par le Xénon.

Dans un combustible liquide, les produits de fission gazeux comme le Xénon forment des bulles et sortent du combustible en remontant à la surface du liquide. Avec la possibilité d’ajouter de la matière fissile pendant un cycle, le danger de la réserve de réactivité en début de cycle peut être fortement réduit.

Liquide –> gaz

Dans la production d’énergie, une température plus élevée rime avec efficacité dans la conversion de puissance. Les concepteurs des réacteurs à eau pressurisée rêvent de faire grimper leurs températures de fonctionnement de quelques degrés, pour extraire du système davantage de mégawatts utiles d’énergie nucléaire.

Mais l’eau dans ces réacteurs doit rester à l’état liquide, sinon on met le système dans un état dangereux. Dans le diagramme température / pression ci-dessous, il faut éviter de se rapprocher trop de la ligne entre la région verte et la région orange.

Pression - température

Une façon de s’éloigner de cette ligne limite, c’est d’augmenter la pression (par exemple, un réacteur EPR fonctionne à 155 bars). Mais plus de pression implique plus de danger, et une plomberie plus épaisse, donc plus chère. Le pauvre concepteur est tiré dans tous les sens :

  • Augmenter la température pour plus de valeur !
  • Baisser la pression pour réduire le coût !
  • Pas trop proche de la limite pour la marge de sécurité !

Fonctionnant à pression atmosphérique, le combustible dans un réacteur à sels fondus est typiquement à une température autour de 700°C, donc l’efficacité dans la conversion de puissance passe de 33% à 45-50%. La marge de sécurité est beaucoup plus grande puisque les sels fondus ont un point d’ébullition typiquement autour de 1400°C. Tranquille.

—————————————————————–

Travailler au niveau du concept pour éliminer ou réduire les dangers, au lieu de réduire les risques d’un concept connu, est un nouveau paradigme dans l’énergie nucléaire. Les architectes atomiques qui ont fait ce changement de paradigme sont déjà en dialogue avec des autorités de sûreté – au Canada, en Chine, aux Etats-Unis et ailleurs, mais pas en France. Toujours à la recherche du meilleur compromis entre valeur, coût et temps, la fission liquide les aide à élaguer leurs arbres de défaillances, pour un dialogue plus serein, et une énergie nucléaire plus sûre et moins chère.

UK flag Une version anglaise de cet article est disponible ici.

Illustration de l’arbre de défaillances : Alexia Laurie

Une nouvelle entreprise

Le 9 janvier 2017 John Laurie a donné une présentation à la société des ingénieurs Arts et Métiers, 9 avenue d’Iena à Paris.

Arts et Métiers.jpg

Cette conférence était l’occasion d’annoncer la création, le 1er janvier 2017 de la première entreprise française dédiée à la technologie des réacteurs à sels fondus, nommée Fission Liquide comme ce site.

fl-logo

La mission de cette entreprise est de connecter les parties prenantes dans cette technologie, de communiquer, de faire sortir le message. Elle n’est pas de faire de la recherche ou le développement d’un réacteur nucléaire.

L’offre de l’entreprise est un conseil indépendant, bilingue français / anglais. Son siège est à Versailles et son numéro SIRET est 824 773 774 00016.

En cliquant sur les icones ci-dessous vous retrouverez la présentation « Éco-modernisme et Fission Liquide » du 9 janvier en format Powerpoint et PDF, ainsi que sa transcription en format Word.

ppt_logo pdf_logo word-logo

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

macron

  • 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.

DL TEI OCNI IMSR.jpg

 

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 ».

EM+FL.jpg

Elle aura lieu au siège de la société, 9 avenue d’Iena, dans le 16ème arrondissement à Paris.

9 ave Iena.png

Cette conférence sera l’occasion de faire une annonce importante concernant la fission liquide. Vous pouvez vous inscrire ici.

 

Un saut quantique

Vous l’avez vu ?

Avec « Thorium – la face gâchée du nucléaire« , Myriam Tonelotto signe un saut quantique dans la qualité du récit de l’histoire de la fission liquide.Thorium LFGDN.jpg

Tourné dans 9 pays et sur 3 continents, le fruit d’un travail de 4 ans avec un budget de 670 000 Euros, ce film est le regard d’une anti-nucléaire sur ce que l’énergie nucléaire aurait pu être, si elle avait été pensée pour nous, les civils, pour l’environnement, pour le futur. Il a séduit Arte, au point de convaincre la chaîne de diffuser ce soir en France et en Allemagne un documentaire pro-nucléaire. ÉNORME.

weinberg-2

A travers les animations de Jérôme Jouvray, Myriam Tonelotto fait une interview « post-mortem » du physicien Alvin Weinberg, qui commente son autobiographie « La première ère nucléaire« . Elle montre que la deuxième ère nucléaire imaginée par Weinberg est bel et bien en train de démarrer, avec des projets sérieux pour le développement des réacteurs à combustible liquide à base de sels fondus.

poker

En parallèle se construit une métaphore autour d’un « poker nucléaire » : ce jeu où nos chances d’une énergie sûre, gérable en terme de déchets et incomparable dans sa capacité à épauler la montée en puissance des renouvelables, ont été sacrifiées sur l’autel des intérêts militaristes, industriels et politiques.

Les producteurs du film Nina et Denis Robert ont expliqué lors de la première à Strasbourg les difficultés rencontrées pour obtenir le financement, avec ce sujet vraiment hors du commun.

equipe-de-production

L’équipe de production, à la première le 14 septembre 2016, à Strasbourg. De gauche à droite: Patrice Schumacher, Luc Tharin, Nina Robert, Denis Robert, Philippe Muller, Françoise Schöller, Myriam Tonelotto

La projection à Strasbourg a été suivie par un panel de discussion. Le PDG de Terrestrial Energy Simon Irish a annoncé qu’une demande est en cours auprès du Département de l’Énergie des États-Unis pour une garantie de prêt de 800 à 1200 millions de dollars pour  l’accréditation, la construction et la mise au point d’un Réacteur Intégral à Sels Fondus.

panel

Le panel de discussion après la première à Strasbourg. De gauche à droite : Françoise Schöller, Daniel Heuer, Simon Irish, Geneviève Lecoq, Félix Gomez, Myriam Tonelotto

D’autres déclinaisons du film seront diffusées par la télévision nationale Suisse (RTS), Suédoise (SVT), Irlandaise (TG4), Japonaise (NHK) ainsi qu’une version « régionalisée » sur toutes les chaînes France 3 du Nord-Est.

Vous ne l’avez pas encore vu ?

Après 176361 vues en replay sur le site d’Arte, « Thorium – la face gâchée du nucléaire » est disponible à voir et à revoir sur YouTube

Arte ! Ne gâchez pas le thorium !

Un film sur le thorium par Arte ? Que vont-ils nous raconter ?

Arte diffusera mardi 20 septembre un film documentaire de 1h30 avec le titre « Thorium – la face gâchée du nucléaire »

FGDN.png

Y a-t-il une chaîne de télévision européenne avec une position anti-nucléaire plus forte qu’Arte ? Pas sûr. Parmi les diffusions récentes, on peut citer la série de documentaires « Tchernobyl, 30 ans après » ou « Que faire de nos déchets nucléaires ? » ou encore « Terres nucléaires, une histoire du plutonium » qui dramatisent les problèmes d’une industrie nucléaire qui par ailleurs produit chaque année des milliards de kilowatt heures d’énergie fiable et relativement bon marché, avec un impact minimal sur l’environnement. Jouer avec les émotions des téléspectateurs pour créer de la peur, est-ce vraiment une politique responsable ?

En 2013 Robert Stone, un anti-nucléaire devenu éco-moderniste, a proposé à Arte de diffuser son film La Promesse de Pandore qui présente l’énergie nucléaire d’un point de vue positif, comme un outil à la disposition des humains pour combattre le réchauffement climatique et relancer la prospérité, un espoir pour le futur.

Vous ne l’avez pas vu ? Le réalisateur explique dans la vidéo ci-dessous que la controverse autour de la sortie de ce film a été tellement forte que :« Arte, qui me soutient depuis que j’étais un jeune cinéaste d’une vingtaine d’années, m’avait confié qu’ils n’étaient pas prêts à diffuser mon film »

Et pourtant …

Le dossier de presse pour ce nouveau documentaire présente le thorium dans une lumière assez positive : « Une énergie nucléaire verte », « une piste sérieuse »

La bande annonce évoque Alvin Weinberg, les réacteurs à sels fondus et l’atome vert :

Bande Annonce FR.png

Cliquer pour regarder la bande annonce

Les avantages de faire la fission nucléaire dans un liquide, avec un cycle de combustible au thorium, ont-ils séduit Arte et provoqué un changement de politique ? Ou l’objectif de ce documentaire serait-il de freiner le mouvement mondial autour du thorium ? Ont-ils compris que la valeur de cette technologie est surtout dans l’état liquide et la chimie du combustible ? Comment sera racontée l’histoire ?

Même si Arte diffuse ce film en tête d’affiche d’une soirée appelée « Nucléaire : des lendemains rayonnants ? » avec d’autres films clairement anti-nucléaires  (Océans Poubelles, La Supplication), un documentaire Arte est toujours une émission de qualité – ce sera le grand événement de la rentrée 2016 ! À voir absolument !

La diffusion sur Arte mardi 20 septembre à 20h55 sera suivie d’un entretien avec Philippe Lamberts, Eurodéputé et Président du parti écologiste «Écolo» au Parlement Européen. Pour ceux qui sont pressés de voir ce film, des séances en avant-première auront lieu au cinéma Comœdia à Lyon, samedi 10 septembre, et à l’UGC Ciné-Cité à Strasbourg, mercredi 14 septembre.

Alors quel sera le verdict Arte ? Promouvoir ou gâcher le thorium ?

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.

Présentation à l’I.R.C.E. : Fission Liquide et Éco-modernisme

L’Institut de Recherche et de Communication sur l’Europe (I.R.C.E.) est un organisme associatif indépendant de loi 1901 travaillant sur les dynamiques européennes, de nature apolitique, indépendante et généraliste.

Dans le cadre des dîners LUNAR SOCIETY de l’I.R.C.E. de la recherche et de l’innovation européenne, John Laurie a donné une présentation le 23 mai 2016 avec le titre « Fission Liquide et Eco-modernisme ».

IRCE 2016-05-23

Vous trouverez ci-dessous la présentation en format .pdf, ainsi que sa transcription en format Word.

pdf_logo word-logo

Cette présentation suggère qu’au 21ème siècle une nouvelle technologie de production d’énergie nucléaire émergera basée sur les combustibles liquides et leurs avantages intrinsèques de sûreté et de coût. Et que cette technologie sera accueillie à bras ouverts par des éco-modernistes, qui savent que la seule façon de progresser dans notre transition énergétique, de donner à chaque humain une qualité de vie décente et d’éviter la menace du réchauffement climatique est de développer une source d’énergie propre, massive et fiable qui est moins chère que le charbon.

Un parteneriat pour l'avenir

Des millions de dollars pour la fission liquide

Bill Gates ne perd pas son temps. Le 30 novembre 2015 il a lancé à la conference COP21 à Paris la Breakthrough Energy Coalition, un groupe de 28 milliardaires qui se sont réunis pour investir dans l’énergie propre.

Membres BEC 2

Et le même jour il était aux côtés de 20 chefs d’état pour lancer Mission Innovation. Ces 20 pays vont doubler leurs budgets de recherche dans les énergies propres d’ici 5 ans.

Mission Innovation

Avec cette nouvelle organisation, quelle technologie d’énergie propre révolutionnaire est en première ligne en Amérique du Nord pour recevoir des fonds privés et publics?

Le Réacteur à Sels Fondus.

Terrapower, l’entreprise start-up soutenue par Bill Gates, a jusqu’alors été focalisée sur le développement d’un Réacteur à onde progressive, avec refroidissement au sodium. Sur leur site internet il est indiqué que « TerraPower prévoit que le réacteur à ondes progressives (TWR) puisse être compétitif en coût avec les réacteurs à eau légère existants« . Mais Gates sait très bien que ce n’est pas suffisant. Pour faire une vraie rupture, une nouvelle technologie nucléaire doit être moins chère que le charbon.

L’atteinte de cette cible serait possible avec un réacteur à sels fondus parce que le profil de sécurité unique offert par un combustible liquide à base de sels chimiquement stables réduit considérablement les hasards associés à l’opération d’un réacteur nucléaire.

L’annonce a été faite le 15 janvier 2016 par le Département de l’Énergie des États-Unis d’une subvention allant jusqu’à 40 millions de dollars, avec une somme initiale de 6 millions de dollars, pour développer le Réacteur Rapide à Chlorures Fondus (Molten Chloride Fast Reactor, MCFR). Terrapower développe ce réacteur avec Southern Company, un des plus grands producteurs d’électricité des États-Unis, et avec la collaboration du Electric Power Research Institute, de l’Université Vanderbilt, et du Laboratoire national d’Oak Ridge.

Partenaires MCFR.jpg

Mais Bill n’est pas le seul à s’intéresser aux réacteurs à sels fondus outre-atlantique.

Le 8 janvier 2016 la société canadienne Terrestrial Energy a annoncé avoir terminé un tour de financement, pour 10 millions de dollars canadiens. A rajouter à leur premier tour de capital d’amorçage qui a levé environ 1 million de dollars canadiens. Un troisième tour est prévu pour 2016. Terrestrial Energy vient de passer un jalon majeur dans le développement de leur Réacteur Intégral à Sels Fondus, avec l’annonce le 25 février 2016 de leur engagement dans le processus de validation de leur technologie avec la Commission canadienne de sûreté nucléaire. Ils ont publié le 1 mars 2016 une série d’images pour mieux visualiser l’architecture de la technologie :

IMSR

Et comme Terrapower, Terrestrial Energy a réussi à obtenir un soutien gouvernemental. Le 4 mars 2016, le gouvernement canadien a annoncé une subvention de 5,7 millions de dollars canadiens. Terrestrial Energy a rajouté à cette annonce qu’ils vont fabriquer d’ici septembre 2018 un prototype non-nucléaire de leur réacteur, chauffé électriquement, pour effectuer des essais de validation.

Dans un entretien avec le site internet Nuclear Energy Insider publié le 7 mars 2016, leur directeur général Simon Irish a dit : « La baisse des coûts associée à ce système signifie que le coût moyen actualisé est estimé à $40-$50 / MWh, sur la base d’un réacteur d’une capacité de 300 MWe. »

Et à Boston, l’entreprise Transatomic Power a levé 6,3 millions de dollars de différents investisseurs privés, y compris le Founders fund de Peter Thiel, le financier de PayPal et Facebook. Transatomic développe un réacteur à sels fondus qui serait capable de transformer les déchets issus des réacteurs à eau pressurisée actuels en énergie, et ainsi offrir une solution à la question de la gestion de ces déchets.

TAP

Ca commence à faire beaucoup de dollars !

3-million.jpg

Avec ce niveau d’intérêt, on peut se demander combien de temps encore la France peut continuer à ignorer les avantages de la fission liquide.

Machines à vapeur

Attention ! Question piège :

Qui a inventé la machine à vapeur ?

Inventeurs.jpg

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.

Newcomen_atmospheric_engine_animation

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.

thermique-mécanique.jpg

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.

Machine de Watt.jpg

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 »