Terrestrial Energy a conclu un accord avec Orano, leader mondial du cycle du combustible nucléaire, dans le cadre de son programme d’approvisionnement en combustible pour l’exploitation du Réacteur Intégral à Sels Fondus (Integral Molten Salt Reactor, IMSR), une centrale nucléaire de génération IV.
Le large éventail de services de l’accord comprend l’enrichissement de l’uranium, la conversion chimique en combustible IMSR, sa production, son transport, son emballage et sa logistique. Ce champ d’application couvre l’analyse de la production et de la fourniture commerciales à grande échelle de combustible IMSR et s’applique aux principaux marchés actuels pour le déploiement de centrales IMSR, notamment le Canada, les États-Unis, le Royaume-Uni et le Japon.
Cet accord s’inscrit dans la stratégie d’approvisionnement multiple de Terrestrial Energy pour l’approvisionnement en combustible IMSR et reflète la volonté d’Orano de soutenir la commercialisation des réacteurs de nouvelle génération avec sa large gamme de services de combustible. La relation entre les sociétés est non exclusive et permet aux deux parties de poursuivre d’autres opportunités commerciales similaires dans l’industrie nucléaire.
Depuis plus de 50 ans, le Groupe Orano fournit à l’industrie nucléaire mondiale des produits et des services d’expertise sur l’ensemble du cycle du combustible nucléaire. Ces services comprennent l’enrichissement de l’uranium ainsi que la conversion, la production, l’emballage et le transport du combustible. La sécurité de l’approvisionnement en combustible commercial tout au long de la durée de vie de la centrale est soutenue par les installations de conversion et d’enrichissement modernes et de pointe d’Orano, qui répondent aux normes de sûreté, de qualité et de sécurité les plus élevées tout en réduisant l’empreinte environnementale.
« Cet accord avec Terrestrial Energy applique la portée mondiale de l’approvisionnement en combustible et l’expérience d’Orano pour se concentrer sur l’alimentation de la prochaine génération d’énergie nucléaire innovante et propre au Canada », a déclaré Amir Vexler, PDG d’Orano USA. « Notre équipe nord-américaine est fière de jouer un rôle essentiel dans l’établissement de cette connexion et la réalisation de l’accord. »
« Les exigences des exploitants des centrales pour l’approvisionnement en combustible s’étendent au-delà de l’enrichissement de l’uranium à une gamme de services essentiels qui, ensemble, assurent un approvisionnement sécurisé en combustible du réacteur jusqu’à la porte de la centrale », a déclaré Simon Irish, PDG de Terrestrial Energy. « Le champ d’application de notre accord couvre toute la gamme de l’enrichissement, la production, avec ses éléments de transport, y compris l’emballage et la logistique, pour un approvisionnement commercial complet. Cette gamme de services est essentielle pour l’exploitation des premières centrales IMSR dès 2028. »
Le combustible IMSR utilise un dosage standard d’uranium faiblement enrichi (UFE), qui est devenu la norme de combustible commercial au cours de nombreuses décennies d’exploitation des centrales électriques. À l’exception des centrales CANDU (qui utilisent de l’uranium non enrichi), les centrales nucléaires commerciales du monde entier utilisent aujourd’hui l’UFE à dosage standard.
Terrestrial Energy a présenté le 14 septembre sa nouvelle centrale électrique IMSR400, qui se compose de réacteurs et de générateurs jumeaux pour produire 390 MW d’électricité propre sur un site. L’IMSR400 est l’une des trois conceptions de centrales électriques à petit réacteur modulaire (SMR) à l’étude pour un déploiement à la centrale nucléaire de Darlington d’Ontario Power Generation. C’est l’un des deux candidats technologiques de génération IV et le seul candidat technologique canadien. L’entreprise Terrestrial Energy à Oakville représente le plus grand projet de développement technologique de centrale électrique SMR au Canada.
Les réacteurs nucléaires rapides à sels fondus se distinguent des autres réacteurs à neutrons rapides par l’état liquide de leur combustible. Cette particularité leur confère des caractéristiques de sûreté élevées et une grande souplesse d’emploi.
Le sel fondu, un mélange de sels fluorés dans lequel sont dissoutes les matières nucléaires fertiles et fissiles, est à la fois le combustible nucléaire et le caloporteur de l’ensemble. Il parcourt en quelques secondes un circuit étanche comportant une cuve sans modérateur, où le combustible est à l’état critique et s’échauffe, un échangeur thermique où le combustible cède sa chaleur à un fluide caloporteur et une pompe qui assure la circulation du sel.
Dans ce type de réacteur nucléaire, la composition du combustible est uniforme et sans modérateur autre que les composantes du sel fondu. On parle alors de réacteur homogène. En 1958 le réacteur expérimental à eau HRE-2 a fonctionné à Oak Ridge, aux Etats-Unis. Avec une puissance de 5MWth, il a permis de montrer qu’un réacteur homogène était auto stable et ne nécessitait pas de barres de contrôle ni de réserve de réactivité comme pour les réacteurs à combustible solide. Le handicap de ces premier réacteurs était l’emploi de l’eau comme solvant des matières fissiles ce qui impliquait une pressurisation, comme pour les réacteurs actuels. Par la suite, toujours au Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL), un réacteur expérimental à neutrons thermiques de 8 MWth (MSRE) a fonctionné pendant 4 ans (1966/69) sans incident. Il utilisait un sel fondu formé d’un mélange de fluorures pouvant être utilisé à haute température sans pressurisation.
Le réacteur expérimental MSRE (1966-1969) : une expérience réussie
L’utilisation d’un spectre neutronique thermique, prévu dans le projet MSBR, aurait eu pour handicap la nécessité d’un traitement chimique intensif du sel qui ne compensait pas l’avantage d’un inventaire réduit en uranium fissile. Récemment, une analyse large, avec les moyens modernes de simulation numérique, a abouti au concept optimisé de réacteur nucléaire rapide à sels fondus. Au prix d’un inventaire plus important, il présente de meilleures propriétés de sûreté, ne demande qu’un retraitement très limité des sels et permet l’utilisation des différents noyaux fissiles disponibles.
Comme les autres réacteurs à neutrons rapides, il peut donc utiliser le plutonium issu des réacteurs actuels comme matière fissile. Cependant, il est pénalisant d’utiliser le cycle U-Pu dans un réacteur à sel fondu et il vaut mieux employer du thorium comme matière fertile. L’avantage potentiel de l’emploi d’un combustible liquide est de n’avoir aucune difficulté à utiliser des matières fissiles variées, comme les actinides mineurs ou des mélanges de composition variable au cours du temps. En outre ce type de réacteur a des coefficients de contre réaction thermique et de vide très négatifs, ce qui lui procure un avantage décisif de sûreté.
En 2008, ce réacteur a été sélectionné par le forum international Generation IV (GIF), sous l’acronyme anglais de MSFR pour « Molten Salt Fast Reactor ». Il est donc un des six concepts satisfaisant aux 4 critères de la 4ème génération de réacteurs nucléaires. Ces 4 critères, définis en 2002, sont :
Sûreté et fiabilité
Durabilité (économie de ressources)
Résistance à la prolifération et protection physique.
Compétitivité
Si le critère de compétitivité ne peut être testé qu’après avoir construit un premier réacteur de taille industrielle, les autres peuvent être analysés a priori sur la base des principes de fonctionnement.
La sûreté est le point fort de ce concept en comparaison aux réacteurs à combustible solide, pour trois raisons principales.
L’absence de réserve de réactivité du fait de la possibilité d’ajuster en continu la composition du combustible liquide sans arrêter le réacteur. Il n’y a donc pas besoin des dispositifs de contrôle qui ajustent la réactivité du cœur du réacteur entre deux rechargements.
L’auto stabilité du réacteur, lorsque la demande thermique change, grâce à un fort coefficient de dilatation du sel liquide comparé à celui des combustibles solides.
Le coefficient de contre réaction de vide est négatif. Ceci signifie que la vidange du cœur arrête rapidement les fissions induites. C’est d’ailleurs le moyen sûr d’arrêter le réacteur aussi bien en situation de routine que d’urgence. Comme le combustible est liquide la vidange du cœur peut se faire passivement par simple gravité après ouverture de vannes faisant communiquer le circuit du combustible avec des réservoirs à géométrie sous critique situés sous le réacteur. Dans la mesure où ces réservoirs sous critiques sont refroidis passivement pour évacuer l’importante chaleur résiduelle du combustible, le système peut être abandonné pour de longues durées sans danger de relâchement de radioactivité.
La durabilité est assurée pour deux raisons.
Le MSFR utilise un cycle fermé et il est capable de consommer tous les éléments fissiles, c’est-à-dire d’incinérer aussi bien ses propres transuraniens que ceux produits dans les réacteurs à eau actuellement en service.
Bien que l’emploi du thorium comme élément fertile a pour inconvénient de ne pas utiliser le stock actuel d’Uranium appauvri, le thorium est plus abondant dans la nature que l’uranium et rien que pour la France, le stock actuel de 8 500 t de thorium permettrait avec des MSFR de fournir toute l’électricité consommée en France pendant plus d’un siècle.
La résistance à la prolifération du cycle Th – 233U est reconnue du fait d’une production d’232U au même temps que celle de l’233U. Cet 232U a une décroissance radioactive conduisant à l’émission de rayons gamma très énergétiques (1,6 et 2,6 MeV lors des transitions 212Bi/212Po/208Pb). De tels rayonnements rendent la diversion d’uranium aisément traçable et sa manipulation directe rapidement létale. La contrepartie de cette difficulté de détournement est la nécessité absolue de télémanipulation des matières contenant l’uranium 233 et explique la difficulté qui existe d’utiliser cet uranium sous forme solide.
Schéma conceptuel d’un MSFR : seule les fonctions sont représentées, les détails techniques n’étant pas définis, et les proportions relatives ne sont que spéculatives.
Un facteur non explicité dans la feuille de route Generation IV, mais de grande importance sociale, est la minimisation des déchets. En fait les seuls déchets qui peuvent être minimisés sont les actinides transuraniens (Np, Pu, Am, Cm, etc..). Tous les réacteurs à neutrons rapides ont une capacité plus ou moins grande à brûler ces éléments pourvu qu’on les exploite en cycle fermé c’est-à-dire avec un recyclage indéfini. Or ce recyclage indéfini est facilité avec un combustible liquide et très complexe avec un combustible solide à cause de l’émission thermique et radioactive des actinides transuraniens. Comme le MSFR est un concept très tolérant aux transuraniens, leur incinération est possible, y compris en cas d’abandon de la fission comme source énergétique. Le fait de pouvoir alors éliminer les charges ultimes des réacteurs permet de réduire significativement (facteur 10 environ) la quantité d’actinides, hors thorium, existant en fin de vie de la filière.
Un traitement du sel combustible est nécessaire pour contrôler sa teneur en éléments fertiles et fissiles et pour limiter les concentrations en produits de fission, afin de maintenir l’efficacité énergétique globale et la propreté du sel. Il est effectué de manière quasi continue sur le site par l’extraction et réinjection journalières de petits volumes de sels, et ne nécessite donc qu’une faible fraction de l’inventaire hors du réacteur. Ce traitement est actuellement prévu par des méthodes pyrochimiques en conservant la nature fluorée du combustible et en conditionnant les produits de fission sous forme métallique ou oxydes.
Simultanément, un nettoyage du sel est effectué de manière continue par bullage de gaz dans le cœur. Une majorité des Xe, Kr, He et Tritium est extraite du sel et décroît dans un stockage adapté, puis ces gaz sont recyclés. Ce bullage permet aussi d’extraire les particules de métaux insolubles dans le sel (Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag et Sn essentiellement).
La régénération en 233U dépend beaucoup des paramètres choisis pour le retraitement en ligne du sel et reste proche de l’unité. Il est toujours possible, dans le cas où une production importante d’233U est souhaitée, de mettre en place une couverture fertile avec un sel ne comprenant au départ que des fluorures de lithium et de thorium et d’où l’233U produit pendant le fonctionnement est périodiquement retiré.
Le MSFR est un système très prometteur dans la poursuite de l’utilisation de l’énergie de fission :
Production d’énergie à haute température
Opération à pression atmosphérique
Bonnes conditions intrinsèques de sécurité
Potentiel d’incinération des déchets des autres filières de fission nucléaire
Son étude demande encore un certain nombre de validations concernant :
L’hydraulique des sels
La thermique et les échangeurs de chaleur
La chimie et la corrosion des matériaux
Le temps est venu de préparer des démonstrations sur tous ces sujets.
Nous pourrions alors bénéficier des avantages du nucléaire d’aujourd’hui :
coût d’électricité bon marché
zéro émission de CO2
sans les désavantages :
manque de sécurité des réacteurs à eau légère (Tchernobyl, Fukushima)
prix des réacteurs en hausse pour la génération trois
déchets radio-toxiques pendant environ 10,000 ans
Dans un réacteur à sels fondus, une fusion du coeur est impossible – le combustible est déjà liquide. Le fonctionnement à pression atmosphérique permet d’éviter les énormes enceintes de confinement qui coûtent si cher dans les réacteurs à eau pressurisée (REP) des générations deux et trois. Le retraitement régulier du sel permet d’extraire uniquement les produits de fission, qui ont une radio-toxicité d’environ 300 ans seulement – un problème largement gérable. Les transuraniens (qui restent captifs dans le combustible solide d’un REP) retournent dans le réacteur pour fissioner et produire de l’électricité.
L’Allemagne est en train de sortir du nucléaire, avec des prix d’électricité en hausse et la construction de nouvelles centrales à charbon et à gaz – mais à quel prix pour l’environnement ?
Nous ne devons pas laisser la France et le monde sortir du nucléaire à n’importe quel prix.
Fission Liquide 