Les réacteurs à sels fondus et le thorium étaient le thème d’une émission France Culture lundi 22 avril.
L’émission Continent Sciences de Stéphane Déligeorges a invité Elsa Merle-Lucotte, physicienne à l’Université de Grenoble, et Jean-Louis Basdevant, professeur de physique à l’Ecole polytechnique pour parler de « Centrales au thorium et sels fondus ».
Vous pouvez écouter cette émission en cliquant ici.
L’humanité a un besoin pressant d’énormes quantités d’énergie propre pour limiter le réchauffement climatique et assurer la prospérité d’une population mondiale grandissante.
La fission nucléaire, avec la densité d’énergie extraordinaire de ses combustibles, permet de répondre à ce problème, mais le développement de la technologie actuelle atteint des limites qui sont liées à l’utilisation de combustibles solides.
Une nouvelle technologie de combustibles liquides est nécessaire pour lancer une deuxième ère de fission propre et moins chère que le charbon. La France est à la pointe du développement de ces technologies de fission liquide.
A Grenoble INP un nouveau projet structurant « CLEF » (Combustible Liquide pour une Énergie Future) a été lancé, qui permettra à 17 chercheurs de travailler ensemble sur les technologies de la fission liquide, et en particulier sur le concept du MSFR (Molten Salt Fast Reactor).
Un document de synthèse décrivant ce projet est disponible en cliquant ici. Il s’articule autour de trois axes principaux :
Les laboratoires grenoblois associés à Grenoble INP qui travailleront sur ce projet sont :
Avec un financement d’environ 200 000 Euros sur trois ans seulement, ce projet est loin des sommes nécessaires pour lancer un développement sérieux de cette technologie. Pour cela il faudrait que l’Etat français et l’Union européenne reconnaissent l’énorme potentiel de la fission liquide et lancent un projet de prototype, comme l’a fait la Chine. Mais le projet CLEF permettra de financer 3 post-doctorats et ainsi de former les personnes qui pourront porter ce concept dans le futur.
Pour un politicien ou fonctionnaire qui doit faire des choix difficiles avec un budget serré, quand il s’agit d’établir la politique énergétique d’un pays, les priorités sont :
1. Fiabilité
2. Coût
3. Environnement
Un rapport de novembre 2012 du World Resources Institute a établi que 1199 centrales à charbon sont actuellement en construction ou en projet dans le monde.
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Le charbon est la source d’énergie la plus polluante. Si cette filière se développe aussi vite, c’est parce que le coût par kilowatt-heure n’est pas cher. Les lois du marché le garantissent.
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L’industrie nucléaire mondiale s’est déployée dans les années 1950/60 avec une technologie maitrisée, mais fragile – le réacteur à eau pressurisée (REP). Aux débuts de la première ère nucléaire, le fait que ce type de machine a un rendement inférieur à 1% n’était pas si important – la fission d’un seul atome d’uranium émet environ un million de fois plus d’énergie que la combustion d’hydrocarbures. 1 million x 1% = toujours 10 000 fois mieux !
Mais la technologie nucléaire est complexe, et l’investissement capital pour construire une centrale avec un REP est important. Le retour d’expérience suite aux incidents de sureté avec cette technologie a rendu cet investissement de plus en plus onéreux, jusqu’au point où aujourd’hui elle n’est pas très compétitive comparée aux centrales à combustibles fossiles.
Pour se déployer massivement, une nouvelle technologie d’énergie propre doit être moins chère que le charbon.
Alors prenons la technologie de la fission nucléaire, qui produit aujourd’hui 13% de l’électricité mondiale, et changeons UNE chose. Passons d’un combustible solide à un combustible liquide.
Quel liquide utiliser alors ? Et bien après un peu de recherche, il se trouve que les sels de fluorure fondus offrent les meilleures caractéristiques pour une utilisation dans un réacteur nucléaire homogène.
Et il se trouve aussi que le cycle de combustible au thorium est le mieux adapté pour un réacteur à sels fondus.
Wow ! C’est quand-même radicalement différent ! Combien ça coûte ?
L’état de développement des réacteurs à sels fondus ne permet pas aujourd’hui de donner une réponse précise à cette question. Mais pour Daniel Heuer, Directeur de recherche, Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble), dans un entretien récent avec ParisTech Review :
“Nous avons l’espoir que le réacteur que nous concevons serait moins cher qu’un réacteur à eau pressurisée, ce qui pourrait se révéler décisif au moment des arbitrages politiques et industriels. À titre personnel, je pense d’ailleurs que c’est la seule solution pour passer à la génération IV : avoir un réacteur qui soit moins cher qu’un réacteur à eau pressurisée. Cela reste à vérifier, et c’est l’une des raisons pour lesquelles il est important de continuer à travailler.”
Cette technologie peut-elle être non seulement moins chère qu’un REP mais aussi moins chère que le charbon ? Si aujourd’hui nous ne pouvons pas donner un prix précis pour une centrale avec réacteur à sels fondus, quels sont les facteurs qui la rendraient moins chère ?
Regardons d’abord le coût du réacteur :
FONCTIONNEMENT A FAIBLE PRESSION
Dans un réacteur à eau pressurisée (REP) comme un EPR, l’eau de refroidissement à 300°C est maintenue en état liquide par une pression de 150 atmosphères. En cas d’accident avec fuite d’eau, elle se transforme en vapeur. Le bâtiment réacteur est conçu pour éviter la dispersion de cette vapeur radioactive dans l’environnement. Dans un EPR, il dispose d’une double enveloppe de confinement d’1,30m d’épaisseur chacune. Un réacteur à sels fondus fonctionne à faible pression. Son bâtiment réacteur sera plus petit, moins épais et beaucoup moins cher à construire.
Image : AREVA
La cuve d’un REP et les tuyaux de circulation sont en acier épais, pour résister à la pression. Pour la cuve d’un EPR les murs ont une épaisseur de 20 à 30 cm, et il pèse 420 tonnes. Une seule entreprise est capable de fabriquer ce genre de composant – le “Japan Steel Works” (Japon). A part le coût exorbitant, la faible capacité de production de ce genre de composant est aujourd’hui un frein au développement de l’industrie nucléaire. Dans un réacteur à sels fondus une épaisseur de quelques centimètres est suffisante.
UNE STABILITE THERMIQUE INTRINSEQUE
Dans un REP la puissance de réaction est contrôlée par des barres de commande. Celles-ci absorbent des neutrons, ralentissant la réaction en chaîne. Quand on monte une barre, moins de neutrons sont absorbés et la réaction accélère; quand on descend une barre, la puissance de réaction diminue.
Dans un réacteur à sels fondus, la puissance est contrôlée par l’expansion du combustible liquide. Au dessus du cœur, il y a une sorte de “trop-plein”, physiquement écarté de la région où a lieu la réaction en chaîne.
Quand le réacteur chauffe, le liquide se dilate et fait remonter le niveau dans le trop-plein. Il y a donc moins de matière fissile dans le cœur et la réaction est ralentie. Quand la température descend, le liquide se contracte et le niveau dans le trop-plein descend. Avec plus de matière fissile dans le cœur, la réaction en chaîne reprend. Une température de fonctionnement stable est atteinte rapidement. Ce mécanisme, qui simplifie considérablement la conception du réacteur, est possible uniquement avec un combustible liquide.
EVACUATION PASSIVE DE LA CHALEUR RESIDUELLE DE DESINTEGRATION
Images : AREVA
Quand on arrête un réacteur nucléaire, les produits de fission continuent de se désintégrer et à produire de la chaleur. C’est ce phénomène qui a provoqué les accidents majeurs de fusion de cœur à Three Mile Island et Fukushima. Dans un REP la circulation de l’eau de refroidissement est “garantie” par des générateurs diesel de secours. Dans un réacteur à sels fondus, l’état liquide du combustible permet de le vidanger dans des réservoirs où l’évacuation de chaleur se fait passivement. La forme de ces réservoirs étant différente de celle du cœur, l’atteinte d’une masse critique et donc le déclenchement d’une réaction en chaîne sont impossibles.
UNE MATIERE STABLE ET INERTE
Images : AREVA
Les sels fondus sont des matières stables et inertes; ils ne réagissent pas avec l’air ou l’eau. Le fluorure de lithium par exemple est le deuxième composé chimique le plus stable connu (après l’oxyde de béryllium). Une fusion du cœur est impossible – le combustible est déjà liquide. Même en cas d’accident grave avec un réacteur à sels fondus avec fuite de combustible liquide radioactif, les hasards et les risques pour l’environnement sont beaucoup moins importants qu’avec un REP. Un meilleur niveau de sécurité intrinsèque réduira le coût du réacteur – par exemple les systèmes d’absorption d’hydrogène d’un réacteur EPR ne seraient plus nécessaires.
RECHARGEMENT ET RETRAITEMENT EN LIGNE
Avec un combustible liquide, il n’y a pas besoin d’arrêter le réacteur tous les 18 mois pour rechargement, déchargement et repositionnement du combustible, ce qui grève le rendement de la centrale. Les machines qui font la manutention des assemblages de crayons de combustible ne seraient plus nécessaires.
Le retraitement des déchets est facilité par l’état liquide du combustible. Un retraitement chimique sur site sépare les produits de fission du mélange de sels, combustible et actinides. Ces derniers sont renvoyés dans le réacteur pour fissionner et produire de l’énergie, ce qui augmente le rendement et réduit la production de déchets.
Pour les combustibles solides, il est nécessaire de transporter tout le combustible irradié dans une usine dédiée où des processus complexes et chers les transforment, pour retraitement chimique … en liquides !
UN MEILLEUR RENDEMENT THERMIQUE
Image : K Sorensen
Avec une température de fonctionnement de 300°C, un REP est capable de transformer 33% de sa chaleur en électricité. Les sels fondus sont liquides sur une plage de 1000°C, et avec une température de fonctionnement autour de 700°C, on peut atteindre un rendement proche de 50%.
Image : R Hargraves
Un réacteur à sels fondus peut être couplé à un système de conversion de puissance Brayton à cycle fermé, à hélium ou CO2. Ces systèmes sont beaucoup moins grands qu’une turbine à vapeur, ce qui permettrait également de réduire la taille du hall du groupe turbo-alternateur.
REFROIDISSEMENT A L’AIR
Pour des réacteurs à sels fondus de puissance moyenne, le meilleur rendement serait un facteur qui permettrait d’envisager un refroidissement à l’air du cycle de conversion de puissance, évitant la contrainte d’une installation près d’une source d’eau.
FAIBLE TAILLE
La capacité thermique des sels fondus est supérieure à celle de l’eau dans un REP ou du sodium dans un Réacteur à Neutrons Rapides (RNR). Les géométries du cœur et des boucles de transfert de chaleur peuvent être plus compactes, réduisant les coûts de matières pour leur fabrication.
Il serait possible de fabriquer des réacteurs de puissance moyenne en usine et de les transporter par camion pour installation dans une centrale. L’effet volume serait un facteur important pour réduire les coûts. Avec un nombre plus important de réacteurs de puissance moyenne, les coûts de distribution d’électricité seraient réduits.
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Cela fait déjà 8 raisons de penser qu’un réacteur à sels fondus serait moins cher à concevoir et à construire qu’un REP. Pour ceux qui auraient encore des doutes, regardez cette vidéo AREVA sur EPR en vous demandant combien ça coûte. Regardons maintenant les différences au niveau du cycle de combustible, qui influencent le coût de l’énergie :
FABRICATION DU COMBUSTIBLE SOLIDE ELIMINEE
Pour fabriquer le combustible solide d’un REP, l’oxyde d’uranium en poudre est comprimé en pastilles cylindriques qui sont cuites à 1700°C pour les rendre compactes et solides. On fabrique avec précision une gaine de zirconium pour entourer les pastilles de combustible. On fait un tri manuel des pastilles selon leur contenu en uranium 235 fissile pour optimiser leur position dans la gaine et donc dans le réacteur. On insère les pastilles dans la gaine pour former un crayon de combustible, qui est rempli d’hélium et fermé par un bouchon, avec une étanchéité parfaite. Ces crayons sont regroupés dans un assemblage fabriqué, avec précision, de zirconium et d’acier inoxydable.
En regardant cette vidéo AREVA, on comprend bien pourquoi la fabrication d’un combustible solide coûte aussi cher. Tous ces processus sont éliminés avec un réacteur à combustible liquide.
LE THORIUM EST ABONDANT ET PAS CHER
Image : R Hargraves
Une tonne de thorium suffit pour alimenter un réacteur à sels fondus qui produit 1000MW d’électricité, pendant un an. Le coût d’une tonne de thorium est de l’ordre de 250 000€, soit 0,00003€ / kWh – négligeable !
La concentration moyenne du thorium dans la croûte terrestre est d’environ 12 parties par million. Les réserves connues sont suffisantes pour alimenter les besoins énergétiques de la planète pendant plusieurs millénaires. On peut vraiment parler d’énergie renouvelable.
ENRICHISSEMENT D’URANIUM REDUIT
Image : World Nuclear Association
Un réacteur à sels fondus a besoin de matière fissile pour démarrer, le thorium étant un combustible fertile qui a besoin de l’impact d’un neutron pour se convertir en uranium 233. Cette matière fissile peut être de l’uranium enrichi. L’enrichissement de l’uranium par centrifugeuse est un processus qui coûte cher, mais qui est nécessaire pour le démarrage initial uniquement.
MOINS DE DECHETS
Image : R Hargraves
Un réacteur à sels fondus produit moins d’un pour cent d’isotopes transuraniens radioactifs, par rapport à un REP. C’est la production de chaleur de ces isotopes qui est le principal inducteur de coût pour les sites de stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde.
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Comme nous avons noté au début, dans le monde politique le coût d’une source d’énergie est bien plus important que les considérations de l’environnement. Pour démontrer que l’énergie du thorium sera moins chère que le charbon, il faut lancer un avant projet de réacteur à sels fondus, associé à une étude économique objective et impartiale. En France, le CEA serait bien placé pour réaliser de telles études, mais il faudrait qu’il soit ainsi missionné par l’Etat. Si vous soutenez cette démarche, envoyez le lien pour cet article (http://wp.me/p2oTUJ-4M) à votre élu. C’est aussi votre facture d’énergie qui est en jeu…
Article inspiré par le livre de Robert Hargraves : Thorium energy cheaper than coal
Energie du Thorium a besoin de VOUS !
La Commission européenne entend publier une communication sur les technologies et l’innovation en matière d’énergie au premier semestre 2013. Cette communication donnera une perspective européenne de la politique énergétique en matière de technologie en continuité avec la Feuille de route énergie 2050.
Elle organise une consultation publique pour solliciter l’avis de toutes les parties prenantes, par le biais d’un questionnaire en ligne. Vous êtes invités à répondre pour le 15 mars 2013 au plus tard.
Utilisons cette opportunité pour porter à l’attention de la Commission européenne les grands avantages d’une technologie nucléaire avec combustible liquide – le Réacteur à Sels Fondus. Ce type de réacteur fonctionne à pression atmosphérique, avec un niveau de sureté impressionant et un rendement amélioré grace au fonctionnement à haute température. Il peut libérer l’énergie du thorium, cet élément fertile 3 fois plus abondant que l’uranium, en produisant moins de déchets à vies longues.
Votre action peut vraiment avoir un impact. En janvier le SNETP (Sustainable Nuclear Energy Technology Platform) a organisé une consultation publique sur la mise à jour 2013 de son Agenda Stratégique de Recherche et Innovation (ASRI). Sur 94 réponses, 85 mentionnent le thorium ou les réacteurs à sels fondus ! Ainsi innondé, le SNETP a accepté de réinsérer le thorium et les RSF dans l’agenda 2013, publié en février.
Alors prenez 20 minutes pour encourager la Commission européenne à développer des réacteurs nucléaires innovants, en rupture avec la technologie actuelle.
Le « Sustainable Nuclear Energy Technology Platform » (SNETP) existe pour promouvoir la recherche, le développement et la démonstration des technologies de fission nucléaire dans l’Union Européenne.
Le SNETP a lancé une consultation publique sur la mise à jour 2013 de son Agenda Stratégique de Recherche et Innovation (ASRI). Le projet de document est disponible sur son site internet.
Vous pouvez envoyer vos commentaires sur ce projet de document à secretariat@snetp.eu avant le 10 janvier 2013.
Voici les miens :
De: Energie du Thorium <energieduthorium@gmail.com>
Date: 2013/1/8
Objet: Sauvegarder la recherche sur le thorium et les réacteurs à sels fondus dans l’Union Européenne
A: secretariat@snetp.eu
Madame, Monsieur,
Ayant suivi le travail du SNETP, j’étais très décu de trouver, après lecture du projet de document pour l’Agenda Stratégique de Recherche et Innovation (ASRI), qu’il diminue l’importance du cycle de combustible au thorium et des réacteurs à sels fondus (RSF). En effet, le changement du nom de ce document pour inclure le mot « Innovation » semblerait souligner le besoin grandissant d’explorer des technologies radicalement différentes.
Je vous recommande vivement de reconsidérer et de réintégrer dans l’ASRI 2013 les excellentes annexes sur les cycles de combustible au thorium et les systèmes de réacteurs à sels fondus. Je demande que l’ASRI 2013 intègre une discussion sur les réacteurs à sels fondus à neutrons thermiques ou rapides, conduisant à une recherche continue et élargie dans ce domaine et l’ajout d’au moins un concept de réacteur à sels fondus dans la feuille de route ENSII et le cadre de financement « Horizon 2020 » associé.
Étant donné que la sécurité et le combustible usé sont des priorités pour le SNETP, il est étrange que les cycles de combustible au thorium et les réacteurs à sels fondus ne reçoivent pas une attention plus importante dans l’ASRI 2013.
Les avantages potentiels des cycles de combustible au thorium étaient bien documentés dans l’annexe du SNETP. Comme le dit votre annexe, le thorium étant fertile il a toujours besoin de l’ajout de matière fissile, généralement de l’uranium hautement enrichi (UHE) ou du plutonium. Ainsi le combustible thorium, sous forme de sel fondu ou d’oxyde solide, serait un excellent moyen de réduire les stocks européens de déchets nucléaires. L’annexe SNETP reconnaît, au moment d’une demande mondiale croissante pour l’uranium, que les cycles alternatifs de combustible doivent être pris en considération. En outre le thorium, avec son point de fusion très élevé, est idéal pour les réacteurs à haute température et très haute température, qui tous deux seront essentiels à la réalisation de l’Initiative Industriel de Co-génération Nucléaire du SNETP.
Les RSF offrent des bénéfices exceptionnels en sécurité, y compris la régulation de température passive et une faible pression de fonctionnement. Le combustible liquide dans un RSF peut être transféré en toute sécurité dans les réservoirs de vidange à tout moment pendant le fonctionnement, si cela est nécessaire pour arrêter la réaction en chaîne. En outre, les sels fondus sont des liquides de refroidissement très efficaces avec une grande capacité thermique, ce qui permet une conversion thermique-électrique d’efficacité remarquable. Certains modèles de RSF comprennent un retraitement en ligne du sel qui permet l’élimination continue des produits de fission, et une consommation élevée du combustible. Associés au thorium comme combustible abondant, les RSF produiront très peu de déchets de haute activité, et presque pas de plutonium.
Pour revenir sur quelques parties spécifiques du projet de document que je trouve être de préoccupation particulière :
p10: « En ce qui concerne l’évaluation 2010 des technologies, le sodium est toujours considéré comme la technologie de référence parce qu’il bénéficie d’un retour d’expérience plus important sur la technologie et avec des réacteurs opérationnels » : Sûrement, le critère principal pour l’évaluation des technologies de réacteurs devrait être leur capacité à remplir les objectifs ambitieux du SNETP ?
p5: « La sécurité des installations nucléaires est le résultat d’un processus permanent d’amélioration » : Des améliorations de sécurité majeures peuvent également être obtenues en adoptant une nouvelle technologie de rupture.
p26: « Bien que techniquement possible, le cycle de combustible basé sur le thorium (…) n’est pas mis en œuvre à une échelle industrielle aujourd’hui dans les pays européens »: On ne l’a pas fait, donc on ne peut pas le faire ?
p29: « Une stratégie intéressante pour le long terme pourrait être l’association de technologies de réacteurs à sels fondus (RSF), à neutrons thermiques ou rapides, avec le cycle de combustible au thorium » : Le document ne semble offrir aucune justification de pourquoi cela devrait être une stratégie « long terme ».
p71 (tableau 2): Merci d’ajouter une ligne pour les réacteurs à sels fondus, qui seraient très appropriés pour les applications de chaleur industrielle.
Depuis plus de quarante ans, l’Europe a été le centre mondial de recherche et développement pour le thorium et les RSF, avec des programmes novateurs à travers l’Europe, en France, en République Tchèque, l’Allemagne, la Norvège, le Royaume-Uni et dans d’autres pays. Depuis un an l’intérêt international pour le thorium et les RSF a été réveillé. La Chine, l’Inde et le Japon ont annoncé, ou sont sur le point d’annoncer, des projets de recherche sur les réacteurs à sels fondus et au thorium. A ce moment critique et passionnant, je vous demande de confirmer la présence des chercheurs européens à la pointe de la recherche et de la commercialisation du thorium et des RSF.
Le thorium et les réacteurs à sels fondus, en complément des technologies nucléaires existantes ont un rôle clair à jouer dans un écosystème d’avenir d’énergie nucléaire. Le monde a besoin d’une industrie nucléaire européenne qui accepte des solutions innovantes en continuant à améliorer les technologies existantes. Ce n’est pas le moment pour l’Europe d’abandonner ou de reléguer la recherche sur les réacteurs à sels fondus et le thorium. Les chercheurs nucléaires en Europe ont l’opportunité d’être les leaders mondiaux dans le développement et la commercialisation d’une nouvelle technologie majeure d’énergie à faible émission de carbone, avec de grands avantages pour le monde. Nous ne devons pas laisser cette opportunité nous échapper. J’espère que vous serez d’accord pour réinsérer les réacteurs à sels fondus et le thorium dans l’ASRI 2013. Je vous remercie de votre attention.
Je vous prie Madame, Monsieur, d’agréer l’expression de mes sentiments distinguées.
John Laurie
Cette semaine en France sera marquée par deux événements importants : un colloque et un débat. Pour le débat, au niveau national, il est promis que « L’énergie dans son ensemble et dans toutes ses dimensions et toutes les énergies seront dans la réflexion« . Au colloque, on parlera « des centrales de 4ième génération, de mini centrales, et de la filière à thorium. »
Que faut-il faire en France pour promouvoir le développement de l’énergie du thorium ? Si Alvin Weinberg, pionnier des réacteurs à sels fondus, était encore vivant, que dirait-il ?
Alvin Weinberg
Voici quelques suggestions :
STRATEGIE
INVESTIR
PROMOUVOIR
EDUQUER
COMMUNIQUER
Le réacteur à sels fondus a le potentiel d’être la technologie dominante du 21ième siècle. Comme le résume R. Martin dans son livre « Super Fuel » : « Les obstacles à la création d’une économie basée sur l’énergie du thorium ne sont pas technologiques ou même économiques. Ils sont politiques et perceptuels. Si on ne le fait pas, ce sera parce qu’on l’a choisi – pas parce que c’était impossible ».
Le thorium nous donne de l’espoir. Espoir que la technologie peut nous sortir des problèmes que la technologie a créés. Espoir que la terre peut nous fournir une source d’énergie qui ne détruira pas les systèmes et les équilibres qui soutiennent la vie. Espoir qu’il est possible de résoudre le plus grand problème de notre siècle – le réchauffement climatique.
R. Martin dit aussi : « Pendant des millions d’années, le thorium était là, attendant le bon moment, les bonnes circonstances, et les bons esprits pour le mettre en avant et lui permettre de fournir pendant des millénaires une énergie propre, sûre et abordable. Alvin Weinberg avait raison. Le moment est maintenant, la technologie existe, l’environnement économique est favorable, et le besoin est urgent. Le choix est le nôtre. »
Sources : Superfuel, Richard Martin; Thorium, energy cheaper than coal, Robert Hargraves
Nos voitures seront-elles bientôt propulsées par l’énergie nucléaire, comme celles-ci ?
Euuuh, non.
Mais la voiture nucléaire est déjà une réalité. Avec environ 75% d’électricité française produite par des réacteurs nucléaires, 3 voitures électriques françaises sur 4 sont des voitures nucléaires !
En France, 3 Zoe sur 4 sont propulsées au nucléaire
Evidemment, tous les pays ne sont pas équipés en réacteurs nucléaires comme la France. Et les voitures électriques restent pour l’instant limitées en autonomie par rapport à leurs cousines thermiques. De plus, comment faire pour éliminer les émissions CO2 des autres modes de transport – camion, bus, bateau, avion… ?
Eh bien, un réacteur nucléaire à sels fondus peut apporter la solution. Ce type de réacteur fonctionne avec un combustible liquide, permettant un fonctionnement à pression atmosphérique et haute température. Cette haute température permettrait de produire des carburants de synthèse à partir de la chaleur du réacteur.
L’hydrogène peut faire fonctionner une pile à combustible, mais il faut le stocker à pression très élevée. L’azote et le charbon peuvent transporter l’énergie potentielle chimique de l’hydrogène. L’éther méthylique peut remplacer le gazole. Si on prend le cas du méthanol, qui peut remplacer l’essence dans un moteur à combustion interne, à quoi ressemblerait notre voiture nucléaire ?
L’énergie du thorium est convertie en chaleur par le réacteur à sels fondus. Les produits de fission sont séparés du sel de combustible : après une isolation géologique de 300 ans ils n’ont plus de radioactivité significative. La haute température du sel sortant des échangeurs de chaleur du réacteur permet de produire d’abord de l’hydrogène puis du méthanol, qui est brulé par le moteur de la voiture. Notez que les échanges entre ces processus et l’environnement sont neutres : pour le CO2 par exemple, on absorbe autant dans la fabrication du méthanol que ce qui est rejeté par la combustion du moteur de la voiture.
L’hydrogène est produit par le cycle soufre-iode :
Les hautes températures demandées par ce processus sont impossible à atteindre pour un réacteur à eau pressurisée classique. Pour produire efficacement des carburants liquides de synthèse à partir de l’énergie nucléaire, il est nécessaire – et urgent, de changer de technologie.
La Chine croit fort à cette solution. Lors de la conférence ThEC12 début novembre à Shanghai, Xu Hongjie, directeur du Centre pour le Réacteur à Sels Fondus au Thorium de l’académie des sciences de la Chine, a annoncé qu’un prototype pour la production du méthanol à 1 kilogramme / heure sera produit pour 2015.
Photo : Mark Halper
Article inspiré par ceux de Mark Halper et Robert Hargraves
Jeudi 22 Novembre 2012, la Fondation Ecologie d’Avenir (Institut de France) organise un Colloque « Le nucléaire du futur » à 15h, Collège des Bernardins, 20 rue de Poissy, 75005 Paris (Inscription en ligne possible).
Le programme complet est ici. Daniel Heuer du CNRS Grenoble (LPSC) parlera de « Thorium et sels fondus ».
La Fondation Ecologie d’Avenir est sur facebook, ici.
Le samedi 13 octobre, des milliers de personnes ont manifesté à travers la France contre le nucléaire, selon un article paru dans Le Monde.
Sortir du nucléaire est certainement possible, sauf que 78% des français refusent de payer un prix plus élevé pour leur électricité :
(Source : sondage Tilder-LCI-OpinionWay, publié le 13 septembre)
Ce chiffre est en hausse de 6% depuis un sondage similaire en mars 2011.
La solution est de sortir du nucléaire des générations deux et trois, pour aller vers le nucléaire de génération quatre, et en particulier la solution la plus prometteuse de cette génération qui est le réacteur à sels fondus, associé au combustible thorium.
Nous pourrions alors bénéficier des avantages du nucléaire d’aujourd’hui :
sans les désavantages :
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.
« Changeons d’ère, CHANGEONS le nucléaire ! »
« Le mieux est l’ennemi du bien. »
Dans sa présentation à la quatrième conférence du « Thorium Energy Alliance » à Chicago en juin 2012, Dr. David Leblanc nous explique qu’il y a moult façons différentes de concevoir un réacteur nucléaire à sels fondus (RSF).
Le fichier .pdf de cette présentation est ici.
Il est important de comprendre que les RSF sont une famille de réacteurs. Sous certains aspects, tous les réacteurs de cette famille sont égaux :
… mais sous d’autres aspects, certains RSF sont plus égaux que d’autres. Et là, tout dépend des objectifs que l’on se donne.
Alors que la communauté scientifique se concentre sur la conception du meilleur RSF possible, pour optimiser des facteurs tels que prix de l’énergie et consommation de combustible (et c’est très bien!), David Leblanc cherche à identifier le RSF avec la conception la plus simple possible, pour réduire les barrières d’entrée à cette technologie et permettre son rapide déploiement.
Le thorium, avec une abondance dans la croute terrestre trois à quatre fois plus importante que l’uranium, représente certes le combustible optimal. Et un réacteur surgénérateur comme LFTR (USA) ou MSFR (France) représente certes la machine optimale pour exploiter son énergie. Mais l’uranium n’est pas l’ennemi d’un réacteur à sels fondus, et il existe une variante de RSF appelée DMSR (Denatured Molten Salt Reactor –> Réacteur à Sels Fondus Dénaturés) qui peut fonctionner avec un mélange thorium / uranium, ou bien avec de l’uranium uniquement, qui serait plus simple à déployer et auquel David Leblanc s’intéresse particulièrement.
Le concept du DMSR a été proposé par le Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL) en 1980. David Leblanc travaille sur une amélioration de ce concept qui aurait les caractéristiques suivantes :
Une application de cette technologie pourrait être l’extraction de pétrole des sables bitumineux au Canada, avec l’utilisation de la chaleur nucléaire pour générer la vapeur nécessaire à l’extraction « in situ » avec la technologie SAGD (Drainage Gravité Assisté par Vapeur).
Dans un réacteur surgénérateur, un retraitement régulier du sel est nécessaire pour éviter les pertes de neutrons dues à l’empoisonnement par les produits de fission. Mais c’est ce retraitement qui présente un des plus grands défis techniques, et donc une dépense importante en coûts de recherche et développement pour éprouver la technologie. Le DMSR pourrait permettre de bénéficier plus rapidement des avantages des RSF, et de développer en parallèle les concepts optimums surgénérateurs.
Les réacteurs à sels fondus sont connus pour leur association avec le thorium, mais le plus important serait de commencer dès que possible à bénéficier de leurs très grands avantages dans la génération d’énergie sans CO2, et d’augmenter notre expérience réelle dans leur conception, construction et opération. Le réacteur est donc plus important que le combustible.
Comme le dit David Leblanc, « Venez pour le thorium, restez pour le réacteur » !
Fission Liquide 