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Valeur vs Coût

La vie est pleine d’arbitrages. Que le choix soit majeur comme où habiter, ou mineur comme l’achat d’un produit au supermarché, nous pesons constamment la valeur de nos décisions contre leur coût.

La France a décidé dans les années 1970 de produire une grande partie de son électricité à partir d’énergie nucléaire. En 2015, 58 réacteurs à eau pressurisée dits de « génération 2 » ont produit 76,3% de son électricité. Même si un réacteur nucléaire est une machine très chère, l’énergie nucléaire a beaucoup de valeur – elle permet de produire de vastes quantités d’énergie en sécurité, de façon fiable 24h/24h, sans envoyer dans l’atmosphère du CO2 et d’autres polluants.

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Pour mesurer subjectivement la valeur de l’énergie nucléaire, la quantité d’énergie produite est la première considération, mais les technologies qui permettent de gagner en sécurité, fiabilité, propreté et durabilité apportent aussi de la valeur.

Imaginons un graphique de valeur contre coût.

  • En rouge la partie avec faible valeur et coût élevé
  • En vert la partie avec valeur élevée et coût faible.

Plaçons la technologie actuelle des réacteurs nucléaires de génération 2 au milieu de ce graphique :

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A partir de cet état des lieux, différentes options sont disponibles.

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EPR

On peut par exemple aller vers la technologie de génération 3 (ou 3+) comme le réacteur EPR actuellement en construction à Flamanville.

Cette technologie a de nombreux avantages en termes de sécurité par rapport à la génération 2, avec l’ajout de nouveaux systèmes. Un réacteur EPR est également plus puissant, avec une capacité de 1 650 MWe. La technologie a donc plus de valeur que la génération 2.

Mais la génération 3 est bien plus chère que la génération 2. Le planning du projet ayant été repoussé plusieurs fois, l’estimation pour le coût du réacteur Flamanville 3 est actuellement 10,5 milliards d’euros (soit 6,36 €/W).

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ASTRID

Sinon, il y a l’option de la génération 4, où la France développe le projet ASTRID, qui a pour objectif de relancer la filière des réacteurs à neutrons rapides au sodium, suite aux réacteurs expérimentaux Rapsodie, Phénix et Superphénix. ASTRID est réputé être aussi sûr que les réacteurs de génération 3+, mais apporte de la valeur en fermant le cycle nucléaire pour apporter une vraie réponse au problème de la durabilité.

Dans les mots de monsieur Nicolas Devictor, chef du programme ASTRID au CEA :

« En France, toutes les parties sont d’accord pour dire qu’un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium sera toujours plus cher qu’un réacteur à eau pressurisée. Toujours. »

« Il y a un service par contre qui n’est pas le même. Un réacteur à neutrons rapides – c’est un service sur le cycle, sur la gestion des matières. C’est de l’indépendance énergétique en partie aussi dont on parle, parce qu’en France on a des stocks d’uranium importants. On a un stock de Plutonium significatif aussi. »

Donc ASTRID, comme la génération 3, c’est plus de valeur pour plus de coût.

Une autre option est disponible – celle des petits réacteurs modulaires.

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Petits réacteurs modulaires

Assemblés en usine et livrés à la centrale par chemin de fer ou camion, leur petite taille permet une réduction importante du coût, et un financement plus facile.

Mais avec une puissance typiquement entre 50MWe et 300MWe, il faut construire plusieurs réacteurs pour produire la même quantité d’électricité qu’un réacteur de génération 2. Donc cette technologie présente moins de coût pour moins de valeur.

Toutes ces options technologiques utilisent un combustible à l’état solide. Plaçons les sur notre graphique de valeur vs coût :

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Toutes les technologies ont un seuil de coût minimum. Quand on choisit le concept de la technologie, on choisit aussi son seuil de coût. Le seuil de la fission solide empêche l’industrie nucléaire actuelle de quitter la zone jaune.

La vraie innovation, ce serait une technologie qui nous rapproche du smiley vert – plus de valeur pour moins de coût.

Et la fission liquide peut faire cela. Les technologies en développement de réacteurs à sels fondus ont un coût réduit à cause de leur sécurité intrinsèque.

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De loin le plus grand avantage vient de la chimie des sels fondus. Quand les produits de fission sont créés dans un liquide ionique, ils sont enfermés dans ce liquide qui est chimiquement très stable. Les liaisons fortes entre les atomes les empêchent de sortir du liquide, donc le premier niveau de confinement est assuré par la chimie. On agit directement pour réduire le danger du système de réacteur.

Les sels qu’on utilise sont liquides jusqu’à des températures très élevées, donc le système fonctionne à pression atmosphérique. Tous les problèmes de plomberie qui sont associés avec une opération à pression élevée sont éliminés.

Avec un combustible liquide on peut appliquer plein d’astuces dans la conception de l’architecture du réacteur, qui aident aussi à simplifier la conception et réduire le coût.

En construisant les réacteurs en usine, un peu comme pour les avions, on peut s’inscrire dans la démarche des petits réacteurs modulaires, ce qui apporte aussi un gain de coût. On n’assemble pas les airbus dans les aéroports.

Et dans la production d’énergie thermique, plus c’est chaud, plus c’est utile. Les réacteurs à sels fondus fonctionnent à une température beaucoup plus élevée que le nucléaire actuel – environ 700°C au lieu de 350°C, et ça ouvre la porte à d’autres marchés que l’électricité, comme la chaleur industrielle, la production de carburants de synthèse, ou le dessalement de l’eau de mer.

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Avec une technologie comme le réacteur intégral à sels fondus  (IMSR) de Terrestrial Energy, on peut aller vers un coût très faible pour une technologie nucléaire intrinsèquement sûre.

Ces petits réacteurs modulaires auront des tailles entre 30MWe et 300MWe. Leur commercialisation est attendue dans les années 2020.

SSR.jpgLe réacteur à sels stables (SSR) de Moltex Energy permettrait, avec un coût similaire en Euros par Watt, de remplacer les REP de génération 2 et 3.

D’une puissance minimum de 300MWe, l’ajout de modules de 150MWe porte sa puissance maximum à 1200MWe.

MSFR 2.jpgEt les travaux du CNRS et de l’équipe européenne du projet SAMOFAR sur le réacteur MSFR nous montrent le chemin vers une filière à combustibles liquides tout aussi durable que la filière des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium, mais avec une fraction du coût.

Le seuil technologique de la fission liquide est un nouveau paradigme pour l’énergie nucléaire.

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Avant d’aller sur Mars, avant de faire la fusion nucléaire ou les voitures autonomes, faisons déjà ce changement fondamental pour remplacer les combustibles nucléaires solides par des liquides, pour faire la fission nucléaire correctement.

Une fission nucléaire intrinsèquement sûre, fiable, propre et durable, ramenée à un coût qui permettra de concurrencer les carburants fossiles, peut permettre à l’humanité de simultanément augmenter sa prospérité et réduire son impact sur l’environnement.

Plus de valeur et moins de coût. C’est ça le vrai progrès.

Découverte à Oak Ridge

« Faire progresser les réacteurs à sels fondus – les prochaines étapes » était le thème d’un atelier au Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) les 4 & 5 octobre 2016, basé sur le très réussi « 50e anniversaire de la mise en service du MSRE » tenu l’an dernier.

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Soutenu par le portail pour accélérer l’innovation dans le nucléaire (GAIN) du Département de l’Énergie des États-Unis, cet atelier a été l’occasion pour les acteurs mondiaux de la recherche et du développement des réacteurs à sels fondus de se réunir. Le site internet de l’atelier regroupe l’agenda, les présentations, des photos

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… et aussi une découverte inattendue.

Dans les semaines précédant l’atelier, ORNL a trouvé par chance dans un congélateur de bibliothèque d’archives, un film de 20 minutes sur le réacteur expérimental à sels fondus :

Ce film documentaire de 1969 a été projeté pendant l’atelier puis publié par ORNL sur YouTube. Il revient en détail sur le succès de ce programme de réacteur expérimental, sur ses phases de conception et de construction et sur son fonctionnement avec sûreté et fiabilité entre 1965 et 1969.

 

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

Animation IMSR

L’architecture du Réacteur Intégral à Sels Fondus, en développement chez Terrestrial Energy, a complètement changé le paradigme technique et économique de l’énergie nucléaire. Les réacteurs actuels, qui coûtent des milliards d’euros, doivent être rentabilisés sur une période la plus longue possible, ce qui est en conflit avec l’usure inévitable des composants du réacteur à cause du flux de neutrons de la réaction en chaîne.

Dans l’architecture de Terrestrial, tous les composants qui vont s’user font partie d’un unité cœur qui est scellé en usine, livré par camion et installé dans la centrale dans un silo sous le niveau de la terre. La sécurité intrinsèque du combustible liquide aux sels fondus a permis à Terrestrial de réduire le coût de cet unité à un point où il peut être rentable avec une durée de vie de juste sept ans. Du coup, les questions sur la durée de vie des matériaux, et sur la corrosion par les sels fondus sont maitrisées.

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.

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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 :

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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.

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Ca commence à faire beaucoup de dollars !

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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.