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.

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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.

Nucléaire : l’impératif de l’innovation

Hugh MacDiarmid est un homme avec une mission.

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

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

(vidéo sous-titrée en français)

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

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

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

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

Le Réacteur à Sels Fondus Simple

L’entreprise britannique Moltex Energy LLP a été créée fin 2013 pour développer un nouveau concept de réacteur à sels fondus pratique, sûr et bon marchéRSF Simple

Et derrière ce concept il se cache une histoire :

À la fin de la deuxième guerre mondiale, les États-Unis étaient dans une course à l’armement nucléaire. C’était une priorité nationale de produire non seulement les bombes, mais aussi les moyens de livrer ces bombes à leurs cibles. Les missiles balistiques intercontinentaux n’existaient pas encore, la marine américaine commençait son programme de développement de sous-marins à propulsion nucléaire, mais l’armée de l’air était bien embêtée : un bombardier alimenté par le kérosène a une autonomie plutôt limitée. Que faire ? Évidemment, il n’était pas question de laisser la marine devenir la seule force nucléaire militaire !

L’armée de l’air américaine a demandé au Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL) de travailler sur un concept de bombardier à propulsion nucléaire, un avion capable de rester dans l’air pendant de longues périodes de temps afin d’assurer une force de dissuasion nucléaire aérienne permanente.

C’était une idée folle. Mais les scientifiques d’ORNL voyaient plus loin. Un financement militaire permettrait de travailler sur des concepts d’énergie nucléaire avec des combustibles liquides, avec des bénéfices potentiels énormes pour l’humanité. Et donc ils ont démarré le programme « Aircraft Reactor Experiment » (ARE – expérience de réacteur pour avion).

LE RÉACTEUR QUE OAK RIDGE VOULAIT FAIRE DÈS LE DÉBUT

Un article publié dans le journal « Nuclear Science and Engineering » en 1957 explique que dans la phase de conception de ce programme :

« Le premier concept incorporait un combustible de sel de fluorure statique […] Un effort considérable a été mis dans la conception de ce réacteur, mais dans un temps relativement court la conception a encore été modifiée en raison de certains problèmes très difficiles associés avec le combustible liquide statique. La principale difficulté, qui a nécessité un changement dans la conception, a été le gradient thermique radial prohibitif dans le combustible liquide. […] En fait, afin d’obtenir des sorties de haute puissance raisonnables avec des flux de refroidissement raisonnables, la température au centre du combustible serait dangereusement proche du point d’ébullition du combustible. […] Une solution à ce problème de gradient thermique a semblé être la circulation du combustible avec un écoulement turbulent à un échangeur de chaleur, de sorte que le mécanisme pour enlever la chaleur du combustible ne dépendrait pas de la conductivité thermique du combustible. […] Par conséquence, le concept de combustible statique a été abandonné, et les travaux ont commencé sur la conception d’un réacteur de haute température avec combustible en circulation. »

En synthèse : les tubes statiques, ça ne marche pas. Il est impossible d’enlever la chaleur et ça chauffe trop. Il faut une pompe pour faire circuler le combustible liquide.

Et dès lors, tous les réacteurs à sels fondus construits (ARE, MSRE) ou imaginés (MSFR, LFTR, L-TMSR, IMSR …) ont employé un combustible liquide en circulation permanente.

Jusqu’au jour où Ian Scott, un scientifique et inventeur britannique, se penche sur la question d’une énergie nucléaire sûre et bon marché. Sans consulter la littérature, il se met à inventer des dizaines de concepts de réacteurs les plus simples possibles. Comme toujours dans ce genre de processus il y avait du bon et du mauvais, mais petit à petit un concept commence à sortir du lot – un réacteur avec un combustible liquide à sels fondus dans des tubes statiques.

TUBES STATIQUES AVEC FLUX DE CONVECTION

Convaincu par les avantages de ce concept pour simplifier le réacteur et le rendre moins cher et plus sûr, Ian Scott commence à rechercher dans la littérature, et tombe assez rapidement sur l’article des scientifiques d’ORNL. Mais il remarque que leurs calculs et conclusions sur l’échauffement du combustible dans les tubes étaient basés uniquement Convection dans tubessur l’évacuation de la chaleur par conduction.

Un fluide ne reste pas statique quand il est chauffé. La convection du liquide devait certainement contribuer à distribuer la chaleur entre le centre des tubes et les parois.

Alors pourquoi les scientifiques d’ORNL n’avaient pas calculé l’effet de la convection ? Et bien, dans les années 1950 il n’y avait pas d’ordinateurs. La science de la mécanique des fluides numérique n’existait pas. Ils n’avaient tout simplement aucun moyen pour faire ce calcul.

Ian Scott décide donc de faire appel aux services de Wilde Analysis Ltd. Un maillage avec le logiciel ANSYS et un calcul avec le logiciel FLUENT ont démontré qu’avec la conduction seule, le point d’ébullition du sel était effectivement rapidement atteint, mais qu’avec la conduction ET la convection, en fonction du diamètre des tubes la température restait tout à fait gérable.

Sels dans tubes conduction convection

Il s’est associé avec John Durham, qui est par ailleurs président de Alvin Weinberg Foundation à Londres, pour former Moltex Energy LLP, un partenariat à responsabilité limitée, dans le but de faire un développement sérieux de cette technologie au Royaume-Uni, ou à défaut d’exploiter la propriété intellectuelle. Le 11 avril 2014 une première présentation publique a eu lieu à Manchester lors d’une conférence sur l’énergie nucléaire durable de l’institut britannique des ingénieurs chimiques (IChemE).

Vous trouverez ci-dessous un extrait de la présentation de Manchester, avec la traduction française du plan de conception actuel. La prochaine étape sera un contrat avec Atkins Ltd. pour affiner cette conception et évaluer son coût.

Plan de conceptionLes travaux de Moltex Energy sont en train d’ouvrir toute une branche de la technologie de fission nucléaire qui est restée fermée pendant des décennies – celle des combustibles liquides statiques.

Comme le dit Bill Gates, un grand supporteur de l’innovation dans le nucléaire : « Dans presque tous les domaines, les logiciels de simulation changent le terrain de jeu ».

En revisitant certaines décision prises au milieu du 20eme siècle, avec les outils à notre disposition au début du 21eme, il y a certainement d’autres innovations possibles, d’autres branches à explorer, et encore plus de valeur à ajouter pour l’humanité.