Le 9ème arrondissement à Paris a été la scène mardi pour une présentation sur « la fission liquide ». Lors d’une réunion des bénévoles du Shift Project, John Laurie a parlé de l’énergie, du nucléaire d’aujourd’hui, et de ce que le nucléaire aurait dû être dès le début : une technologie à zéro carbone pour résoudre les problèmes que la technologie a créés.
Si certains dans l’audience avaient déjà entendu parler de cette technologie, la plupart découvrait pour la première fois les nombreux avantages de faire de l’énergie nucléaire avec des combustibles liquides. La discussion qui a suivi a été riche et constructive !
La présentation entière est disponible à télécharger ci-dessous, en format .pdf ou Powerpoint, accompagné du texte de la transcription des notes. N’hésitez pas à utiliser et partager largement ces documents pour faire découvrir la fission liquide à un public de plus en plus grand.
Une des armes de cette guerre sera le développement de réacteurs à sels fondus au thorium. L’équipe scientifique du projet TMSR (acronym anglais : Thorium Molten Salt Reactor) à Shanghai avait établi un planning de 25 ans pour ce projet. Désormais on leur impose un délai de 10 ans.
Le professeur Li Zhong, directeur de la division de chimie et de l’ingénierie des sels fondus, a dit : « Dans le passé, le gouvernement s’est intéressé à l’énergie nucléaire en raison de la pénurie d’énergie. Maintenant, il est plus intéressé à cause de la pollution. Le problème du charbon est devenu clair : si la consommation moyenne d’énergie par personne double, ce pays sera étranglé à mort par l’air pollué. L’énergie nucléaire est la seule solution pour le remplacement massif du charbon, et le thorium porte beaucoup d’espoir. »
Le gouvernement chinois a annoncé que les mesures pour s’attaquer au problème pourraient inclure la fermeture de centrales au charbon, qui ont produit environ 70% de l’électricité de la Chine l’an dernier, selon les chiffres du gouvernement. Les centrales nucléaires ont généré un peu plus d’un pour cent de cette électricité. La Chine a actuellement 21 réacteurs nucléaires en état de marche, et 28 en construction.
Les chercheurs travaillant sur le projet ont dit qu’ils étaient sous une pression sans précédent « comme en temps de guerre » pour réussir, et que certains des défis techniques auxquels ils sont confrontés sont difficiles, voire impossibles à résoudre dans un délai aussi court. « Nous sommes encore dans l’ignorance de la nature physique et chimique du thorium à bien des égards », a déclaré Li. « Il y a tellement de problèmes à régler, mais si peu de temps. C’est certainement une course. La Chine est face à une concurrence féroce de l’étranger et arriver en premier ne sera pas une tâche facile. »
INSOMNIE DES CLIMATOLOGUES
La dégradation de la situation en Chine inquiète tellement le climatologue américain James Hansen qu’il a du mal à dormir. Dans un communiqué du 10 mars il ne mâche pas ses mots :
« La pollution atmosphérique originaire de la combustion de charbon tue plus de 1.000.000 de personnes par an en Chine. L’espérance de vie en Chine du Nord est réduit d’au moins cinq ans, et ceux qui vivent souffrent de nombreux effets sur la santé. »
« En tant que scientifiques nous avons une responsabilité particulière. Nous avons depuis 25 ans des connaissances qui auraient permis que le changement climatique et la pollution de l’air soient des problèmes gérables, pas des tragédies. Cependant, nous n’avons pas réussi à communiquer les implications assez bien avec les dirigeants politiques et nous n’avons pas atteint une action efficace. Nous devons essayer plus fort maintenant, car il est encore possible de réduire les effets du changement climatique et il est possible de résoudre le problème de la pollution de l’air. »
« ma plus grande frustration est avec notre propre incapacité en tant que scientifiques de communiquer clairement l’histoire de l’énergie. »
« Si on n’aide pas la Chine (…) je crois que nos propres enfants, et le monde dans son ensemble, vont considérer dans le futur que nous avons été coupables du plus grand crime du monde contre l’humanité et la nature. »
ET QUE FAIT LA FRANCE ?
La France aussi a des problèmes de pollution dans ses grandes villes. En plus des émissions de l’industrie, de l’habitat et des transports français, une partie de cette pollution serait dû à la combustion de charbon à l’étranger. En effet, les nuages de particules fines sont tout aussi indisciplinés que les nuages radioactifs et ils ne s’arrêtent pas aux frontières. Ainsi, la responsabilité des pays à forte consommation de charbon comme l’Allemagne et la Pologne pour le pic de pollution en France cette semaine a été en question.
La presse britannique a bien relayé l’importante nouvelle de l’accélération du projet TMSR en Chine, avec des articles dans The Telegraph et The Guardian. En France, la presse n’en parle pas. La blogosphère française a été active cette semaine avec des articles captivants sur la très improbablevoiture au thorium de LaserPowerSystems qui roulerait 100 ans sans plein. C’est un beau rêve, mais le cœur du débat doit rester la génération d’énergie dans des centrales davantage optimisées pour leur coût, fiabilité et sécurité que pour leur design.
Au lieu d’annoncer un investissement important en recherche et développement pour se joindre à la course aux systèmes d’énergie nucléaire nouveaux comme les réacteurs à sels fondus, la France a organisé à Paris lundi une journée de circulation alternée.
ECRAN DE FUMÉE
Quand on questionne les experts français (CEA, Areva, EDF…) sur le thorium, ils répondent que ce n’est pas intéressant, que son utilisation n’aurait pas beaucoup d’avantages par rapport à l’uranium, ou que l’utilisation ne peut pas être envisagée avant des décennies. Et ils ont raison ! Car ils parlent du thorium dans le cadre des technologies à combustible solide. Cela permet de créer un écran de fumée, pour protéger le marché français des réacteurs de génération 3 et le futur marché imaginé pour les technologies en gestation de génération 4 à combustible solide. L’Autorité de Sureté Nucléaire veut même changer le statut de la réserve française de thorium. Selon leur avis n° 2014-AV-0202 du 6 février 2014, « les matières thorifères doivent être, dès à présent, requalifiées en déchets radioactifs »
Ce qui motive les chinois est la séduisante possibilité d’utiliser le thorium dans un combustible liquide – une sorte de « soupe » de sels de fluorure fondus. Cette technologie fondamentalement différente a le potentiel de rendre la fission nucléaire moins chère et plus sûre, fiable, durable et propre. Les combustibles liquides peuvent être adaptés pour utiliser le thorium, l’uranium ou le plutonium, tout en générant moins de déchets radioactifs. La France a une vraie expertise dans ce domaine, pour l’instant inexploitée, grâce au travail d’une équipe du CNRS à Grenoble et à Orsay.
En période de pollution atmosphérique, un écran de fumée n’est pas le bienvenu. Si l’équipe chinoise parvient à développer un système d’énergie nucléaire à combustible liquide, il y a un vrai risque d’élimination de l’industrie nucléaire française, tellement cette technologie de rupture a le potentiel de surpasser la technologie actuelle. Le déni de ce potentiel est une stratégie dangereuse.
La start-up Transatomic Power est parvenue à développer un réacteur nucléaire à sels fondus, pouvant être alimenté uniquement par les déchets nucléaires des centrales classiques.
Russ Wilcox, Mark Massie et Leslie Dewan ont conçu un réacteur nucléaire, capable de produire d’énormes quantités d’électricité en consommant les déchets radioactifs issus des centrales conventionnelles, tout en réduisant leur durée de vie radioactive. Pour commercialiser cette solution, ils ont créé en 2010 leur entreprise : Transatomic Power. Basés à Cambridge, MA, il ont des liens étroits avec le Massachussets Institute of Technology (MIT), cet institut ayant également des liens avec le programme chinois de développement des réacteurs à sels fondus au thorium.
La base de leur approche est un réacteur nucléaire à combustible liquide qui est alimenté par de l’uranium dissous dans un sel de fluorure fondu. La conception est basée sur des travaux antérieurs menés dans les années 50 et 60 au Laboratoire National d’Oak Ridge dans le Tennessee, où les nombreux avantages de ce type de réacteur en matière de sécurité ont été démontrés. Mais le projet d’ORNL a été annulé : il était encombrant, avait une faible densité de puissance, et ne pouvait pas être justifié sur des motifs de sécurité parce que le monde n’avait pas encore connu Tchernobyl, Three Mile Island ou Fukushima.
L’équipe de Transatomic Power a amélioré l’idée de départ en modifiant certains des matériaux employés. Un modérateur en hydrure de zirconium au lieu du graphite entraîne une réduction de la taille et donc du coût de construction du réacteur. Et le remplacement du sel Flibe par le fluorure de lithium permet de fonctionner avec du combustible frais très faiblement enrichi ou du combustible nucléaire usé, tout en augmentant la densité de puissance.
Ces deux nouveaux matériaux permettent une grande différence dans la conception. Dans le graphique ci-dessous, Transatomic est la grande ligne bleue. En ralentissant les neutrons du coeur beaucoup plus rapidement entre la région rapide et la région thermique, ils font la transition plus rapidement. La région épithermique au milieu, source de pertes de neutrons, est évitée.
Du coup, il y a plus de neutrons dans la partie thermique du spectre pour la production d’énergie, et plus dans la partie rapide du spectre pour attaquer les composants des déchets à longue durée de vie.
Il faut rappeler que les centrales nucléaires classiques ne sont en mesure d’extraire qu’une infime partie de l’énergie contenue dans l’uranium, en moyenne 3 à 5%. C’est justement cette caractéristique qui rend les déchets nucléaires aussi dangereux : l’énergie qu’ils renferment est considérable.
En exploitant cette énergie résiduelle, la technologie de Transatomic Power permettrait de multiplier par 75 l’électricité produite par tonne d’uranium extrait. Et ce, tout en réduisant la durée de vie radioactive des déchets, de plusieurs centaines de milliers d’années à quelques centaines d’années.
Avec les 270 000 tonnes de déchets nucléaires déjà stockées dans le monde, les futurs réacteurs de Transatomic Power seraient en mesure de produire assez d’électricité pour la planète entière pendant 72 ans, même en tenant compte de la demande croissante, et simultanément de se débarrasser de la quasi-totalité des déchets nucléaires. La technologie peut fonctionner avec de l’uranium frais faiblement enrichi, ou être adaptée pour fonctionner avec du thorium, et ainsi assurer la sécurité énergétique pendant des milliers d’années.
Transatomic a travaillé avec la société Burns & Roe, qui a une longue expérience dans l’industrie nucléaire, sur l’élaboration d’un livre blanc, qui présente leur proposition technico-commerciale pour un premier réacteur exploitant cette technologie.
Avec 520MWe de puissance pour 2 milliards de dollars, le prix représente environ 2/3 du coût de l’énergie nucléaire conventionnelle. Et il reste un potentiel important de réduction du coût avec une conception plus modulaire et des techniques de construction plus avancées, ce qui rendrait l’électricité nucléaire moins chère que celle issue des centrales à charbon.
Cette technologie représente une alternative aux combustibles fossiles qui est bon marché et sans carbone. Elle résout les problèmes de la sécurité et des déchets nucléaires. Et elle fournit une réponse sûre, propre et abordable aux besoins d’énergie de l’humanité.
Leó Szilárd était physicien. Le 12 septembre 1933, il a eu une idée remarquable : la réaction en chaîne nucléaire. Enrico Fermi était physicien aussi. Il a dirigé une équipe qui a conçu et construit le premier réacteur nucléaire dont la criticité a été atteinte le 2 décembre 1942. Les accomplissements intellectuels stupéfiants de ces hommes et de beaucoup d’autres physiciens ont fait entrer l’humanité dans l’ère nucléaire.
Le projet Manhattan a jeté les bases de la philosophie de conception pour la première époque de cette ère nucléaire. Les physiciens ont élaboré et prouvé mathématiquement la nouvelle science fascinante de la neutronique, et ainsi ils devinrent les concepteurs des premières bombes nucléaires. Une armée de personnes d’autres disciplines scientifiques et techniques a travaillé pour fournir les matériaux pour les construire; les bombes ont fonctionné, et la Seconde Guerre mondiale a pris fin. Les physiciens étaient des héros.
Cette philosophie de conception ‘gagnante’ a ensuite été appliquée à l’utilisation pacifique de la fission nucléaire pour la production d’énergie. Les physiciens allaient concevoir le réacteur; les autres métiers allaient concevoir un système d’énergie nucléaire autour de ce réacteur.
Dans la première époque nucléaire, la fission, c’est la physique.
Le champion de la première époque nucléaire est le Physicien de Réacteur.
Le système d’énergie nucléaire comprend toutes les activités, l’équipement, les métiers et les ressources associés à la production d’énergie nucléaire. Par exemple : l’extraction, le broyage, le transport, l’enrichissement, la fabrication du combustible, la fabrication des installations, l’irradiation, la conversion d’énergie, l’entretien, le retraitement, l’isolement géologique, soit tout ce qui se passe entre le moment où le combustible est déterré et le moment où les déchets n’ont plus de radioactivité significative.
On pensait que la densité d’énergie énorme de l’uranium – environ 1 million de fois supérieure à celle des combustibles fossiles – serait suffisante pour assurer que l’énergie nucléaire devienne le principal moyen de production d’énergie sous quelques décennies, même si le concept de réacteur qui a été choisi pour le déploiement a donné lieu à un système d’énergie qui n’était pas en fait très efficace, ou sûr, ou propre, ou durable, ou bon marché …
Dans de nombreux pays, les systèmes d’énergie nucléaire ont été imposés à la population par les gouvernements. L’énergie électrique générée a apporté d’énormes avantages, mais les critiques publiques ont été largement ignorées, la communication a été très mauvaise, et la méfiance a grandi, alimentée par les groupes environnementaux et les lobbies des combustibles fossiles.
Aujourd’hui, 435 centrales nucléaires fournissent environ 11% de l’électricité mondiale, mais les progrès ont décroché à un moment où, plus que jamais, le monde a besoin d’énergie abondante sans émission de gaz à effet de serre.
L’échec de la première époque nucléaire est sa philosophie de conception.
Dans un monde qui est largement, et de plus en plus, démocratique et axé sur le marché, se préoccuper d’abord de la technologie et seulement ensuite des besoins clients est une stratégie défectueuse. Les gens veulent consommer une énergie qui est fiable, bon marché, sûre, durable et propre. Il est essentiel de commencer par une compréhension profonde et fondamentale de ces besoins clients avant même de commencer à réfléchir à la façon d’y répondre.
Depuis plus de 60 ans, nous concevons la mauvaise chose. Pour entrer dans la deuxième époque de l’ère nucléaire, un changement de paradigme est nécessaire. Nous devons arrêter de concevoir des réacteurs, et réfléchir en premier lieu à la conception du système d’énergie nucléairedans son ensemble. Evidemment, ces systèmes auront un réacteur nucléaire en tant que composant très important. Mais la preuve d’améliorations importantes dans tous les domaines des besoins clients est un prérequis à la conception détaillée du réacteur. Agir différemment est un gaspillage de ressources scientifiques et techniques.
Concernant les systèmes pilotés par accélérateur, on a longuement discuté des avantages potentiels de la conception de réacteurs plus sûrs, durables et propres. Mais en choisissant d’ignorer le coût et la fiabilité, les physiciens qui travaillent sur ces concepts de réacteurs semblent perpétuer les échecs de la première époque nucléaire.
Dans un système d’énergie nucléaire, de nombreux métiers différents sont impliqués. La conception d’un système efficace nécessite donc une approche multidisciplinaire. D’importantes synergies sont possibles grâce à une étroite collaboration entre experts.
Dans la deuxième époque nucléaire, la fission sera repositionnée à l’interface entre la physique et la chimie.
Le champion de la deuxième époque nucléaire sera l’Architecte de Système d’Énergie Nucléaire.
Ce message sera sans doute peu apprécié par les physiciens, dont les contributions ont, après tout, été au cœur de progrès énormes pour l’humanité dans la première époque nucléaire. Mais au XXIème siècle, la lutte contre le changement climatique et la pauvreté énergétique pourrait bien dépendre de la volonté de la communauté des physiciens de partager la fission nucléaire avec d’autres métiers.
Images : Wikipédia, EDF
Une version de cet article en anglais est disponible ici.
« Je suis contre le nucléaire. Mais si ce que j’ai pensé tout ce temps était faux ? Peut-on être écologiste et être pro-nucléaire ? A la lumière du changement climatique, peut-on être écologiste et ne pas être pro-nucléaire ? »
Stewart Brand, un écologiste qui s’est battu toute sa vie contre le nucléaire, a changé d’avis.
Comme les autres personnes dans le film documentaire La Promesse de Pandore, il est arrivé à la conclusion que la meilleure façon de faire face au changement climatique et au réchauffement planétaire passe par le développement et le déploiement de l’énergie nucléaire.
Ce nouveau film révolutionnaire du réalisateur Robert Stone, plébiscité au Festival de Sundance, pose une question simple : et si la technologie que nous redoutons le plus pouvait nous permettre de sauver notre planète d’une catastrophe climatique certaine, tout en fournissant l’énergie nécessaire à des milliards de personnes dans les pays en voie de développement pour se sortir de la pauvreté ?
Paris est radioactif ?!?! La Promesse de Pandore explique que la radioactivité est partout.
La force du nouveau film de Stone réside dans les histoires personnelles d’écologistes et d’experts en énergie qui ont été farouchement anti-nucléaires avant de revoir leur jugement, allant même jusqu’à risquer leur carrière et leur réputation. Robert Stone expose ainsi une controverse au sein du mouvement écologiste.
Le film a été projeté pour la première fois en France au cinéma Arlequin à Paris, le 17 septembre 2013, lors d’une séance organisée par la Société Française d’Energie Nucléaire (SFEN). A l’issu de la séance, lors d’une session de questions et réponses, le réalisateur a expliqué que la controverse autour du film est tellement forte que :
« On n’a pas trouvé de distributeur européen pour montrer ce film. Or cela fait 25 ans que je fais des documentaires, et ils sont toujours sortis en Europe. J’ai toujours trouvé des distributeurs, mais pas pour celui-là. Certains dirigeants de chaîne de télévision m’ont expliqué que tous ces grands distributeurs européens avaient investi tellement de temps et d’argent à produire des films anti-nucléaires, des documentaires qui contredisaient totalement ce que j’essayais d’expliquer dans mon film, qu’ils n’étaient pas prêts à faciliter une autre voix, une voix dissidente, celle qui est exprimé par mon film. Maintenant, c’est à vous de décider… Par exemple, Arté, 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 parce qu’ils avaient diffusé d’autres documentaires qui mentaient ouvertement pusqu’ils déclaraient qu’un million de personnes étaient mortes à cause de Tchernobyl, ou que Fukushima allait contaminer l’intégralité de l’océan pacifique etc. Donc ils refusent de le projeter à la télévision. Donc j’ai décidé de court-circuiter les chaînes de télévision, d’où la sortie sur iTunes dans 25 pays, et maintenant c’est à vous de faire passer le mot et de parler de ce film. »
Quatre scientifiques mondialement reconnus pour leur travail sur le réchauffement climatique ont écrit, dimanche 3 novembre, une lettre ouverte aux leaders mondiaux pour demander le développement et le déploiement de systèmes d’énergie nucléaires plus sûrs.
Kerry Emanuel, James Hansen Ken Caldeira, Tom Wigley
Voici la traduction française.
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A ceux qui influencent la politique environnementale mais s’opposent à l’énergie nucléaire :
En tant que scientifiques du climat et de l’énergie préoccupés par le changement climatique global, nous vous écrivons pour vous exhorter à plaider pour le développement et le déploiement de systèmes d’énergie nucléaire plus sûrs. Nous apprécions les préoccupations de votre organisation sur le réchauffement climatique, et votre plaidoyer en faveur de l’énergie renouvelable. Mais l’opposition continue à l’énergie nucléaire menace la capacité de l’humanité à éviter un changement climatique dangereux.
Nous appelons votre organisation à soutenir le développement et le déploiement de systèmes d’énergie nucléaires plus sûrs comme un moyen pratique d’aborder le problème du changement climatique. La demande mondiale d’énergie croît rapidement et doit continuer à croître pour répondre aux besoins des pays en développement. En même temps, la nécessité de réduire fortement les émissions de gaz à effet de serre devient de plus en plus claire. Nous ne pouvons augmenter l’approvisionnement en énergie tout en réduisant ces émissions que si les nouvelles centrales se détournent de l’utilisation de l’atmosphère comme un dépotoir à déchets.
Les énergies renouvelables comme l’éolien, le solaire et la biomasse vont certainement jouer un rôle dans une économie énergétique de l’avenir, mais ces sources d’énergie ne peuvent pas évoluer assez rapidement pour fournir une puissance fiable et pas chère à l’échelle exigée par l’économie mondiale. Bien qu’il soit théoriquement possible de stabiliser le climat sans l’énergie nucléaire, dans le monde réel, il n’y a pas de chemin crédible à la stabilisation du climat qui n’inclut pas un rôle important pour l’énergie nucléaire.
Nous comprenons que les centrales nucléaires d’aujourd’hui sont loin d’être parfaites. Heureusement, les systèmes de sécurité passifs et d’autres avancées peuvent rendre les nouvelles centrales beaucoup plus sûres. Et la technologie nucléaire moderne peut réduire les risques de prolifération et résoudre le problème d’élimination des déchets par l’incinération des déchets actuels et l’utilisation plus efficace du combustible. L’innovation et les économies d’échelle peuvent faire de nouvelles centrales moins chères que les existantes. Indépendamment de ces avantages, le nucléaire doit être encouragé sur la base de ses avantages pour la société.
Des analyses quantitatives montrent que les risques associés à une utilisation accrue de l’énergie nucléaire sont plus faibles par des ordres de grandeur que les risques associés aux combustibles fossiles. Aucun système d’énergie n’est sans inconvénient. Nous demandons seulement que les décisions sur les systèmes énergétiques soient fondées sur des faits, et non sur des émotions et des préjugés qui ne s’appliquent pas à la technologie nucléaire du 21ème siècle.
Même s’il n’y a pas de solution technologique miracle, le moment est venu pour ceux qui prennent au sérieux la menace du réchauffement climatique d’adopter le développement et le déploiement de systèmes d’énergie nucléaire plus sûrs comme une des technologies qui seront essentielles à tout effort crédible pour développer un système d’énergie qui ne repose pas sur l’utilisation de l’atmosphère comme un dépotoir à déchets.
Avec le réchauffement de la planète et l’augmentation plus rapide que jamais des émissions de dioxyde de carbone, nous ne pouvons pas tourner le dos à une technologie qui a le potentiel de remplacer une partie importante de nos émissions de carbone. Beaucoup de choses ont changé depuis les années 1970. Le temps est venu pour une nouvelle approche à l’énergie nucléaire au 21ème siècle.
Nous vous demandons et demandons à votre organisation de démontrer une préoccupation réelle pour les risques liés aux dégâts climatiques en appelant pour le développement et le déploiement de l’énergie nucléaire avancée.
Cordialement,
Dr. Ken Caldeira, scientifique principal, Département d’écologie globale, Carnegie Institution, USA
Dr Kerry Emanuel, scientifique atmosphérique, Massachusetts Institute of Technology, USA
Dr. James Hansen, climatologue, Columbia University Earth Institute, USA
Dr. Tom Wigley, climatologue, Université d’Adelaide, Australie & Centre National pour la Recherche Atmosphérique, USA
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Cette lettre est arrivée juste avant la diffusion jeudi 7 novembre du film Pandora’s Promise, de Robert Stone, sur la chaîne américaine CNN. La diffusion de ce film a été refusée par les grandes chaînes européennes – il sera disponible sur iTunes le 10 décembre.
Comme annoncé sur ce blog l’année dernière, le programme chinois regroupe 400 personnes. Avec un age moyen de 31 ans, ce groupe représente un investissement long-terme dans le futur de l’industrie nucléaire chinoise. Le budget est actuellement de 400 millions de dollars, mais Monsieur Xu a déclaré à la conférence qu’il va bientôt demander au gouvernement chinois d’allouer un budget supplémentaire de 2 milliards de dollars pour les prochaines phases du programme.
Un projet est un rêve avec un budget et un planning. Voici le planning chinois (traduit en français) :
Deux technologies sont en développement : la première à base de combustible solide TRISO dans des réacteurs à lit de boulets, et la deuxième avec des combustibles liquidesaux sels fondus. Mais le programme chinois ne s’arrête pas aux réacteurs pour produire de l’électricité. Il couvre aussi :
La conversion de l’énergie nucléaire en combustibles liquides tel que le méthanol.
La production d’hydrogène nucléaire.
L’extraction des gaz de schiste / sables bitumineux et la conversion en gaz / pétrole.
Le refroidissement des réacteurs sans eau (qui est une ressource de plus en plus rare en Chine).
L’étude de réacteurs à sels fondus petits et modulaires, pour une production en masse moins chère et plus fiable.
La présentation de Hongjie Xu est disponible ici. A quand un programme européen pour concurrencer ce programme chinois visionnaire ?
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.
Fort de ce succès, le 31 mars 2013 les berlinois ont soumis leur proposition, en conformité avec les règles de participation, pour les « GreenTec Awards« , la plus grande compétition environnementale d’Europe.
Les règles de la compétition étaient claires : dans chaque catégorie, deux nominés pour la finale étaient choisis par un jury, et un troisième par un vote du public en ligne. Le réacteur à deux fluides faisait partie de la catégorie « Prix de connaissances Galileo »
Le concept de réacteur berlinois a remporté de loin le vote en ligne pour sa catégorie le 10 mai, et le jury, composé d’environ 50 membres, s’est réuni le 4 juin afin de déterminer les gagnants de chaque catégorie parmi les nominés.
Le 7 juin l’équipe de l’IFK a été informée par courriel que leur entrée avait été exclue de la compétition et que l’équipe ne figurait plus sur la liste des candidats. Cette décision :
« …est basée sur une discussion scientifique détaillée et un examen en profondeur des aspects scientifiques, sociaux et de communication de votre proposition à la lumière des objectifs des prix. »
Au même moment, les règles de la compétition ont été modifiées pour ajouter la phrase suivante :
« La sélection finale des nominés et des gagnants se fera de manière indépendante par le Jury des Prix GreenTec. Sa décision est définitive. »
Evidemment, les réactions dans les blogs allemands et dans les médias sociaux ont été vives, non seulement les personnes qui ont soutenu ou voté pour ce concept, mais également ceux qui pensent que changer les règles en cours de route n’est pas très démocratique.
En Allemagne l’idéologie serait-elle plus importante que la technologie ?
Avec 520MWe de puissance pour 2 milliards de dollars, le prix représente environ 2/3 du coût de l’énergie nucléaire conventionnelle. Et il reste un potentiel important de réduction du coût avec une conception plus modulaire et des techniques de construction plus avancées, ce qui rendrait l’électricité nucléaire moins chère que celle issue des centrales à charbon.
Concernant les 
Fission Liquide 