Un saut quantique

Vous l’avez vu ?

Avec « Thorium – la face gâchée du nucléaire« , Myriam Tonelotto signe un saut quantique dans la qualité du récit de l’histoire de la fission liquide.Thorium LFGDN.jpg

Tourné dans 9 pays et sur 3 continents, le fruit d’un travail de 4 ans avec un budget de 670 000 Euros, ce film est le regard d’une anti-nucléaire sur ce que l’énergie nucléaire aurait pu être, si elle avait été pensée pour nous, les civils, pour l’environnement, pour le futur. Il a séduit Arte, au point de convaincre la chaîne de diffuser ce soir en France et en Allemagne un documentaire pro-nucléaire. ÉNORME.

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A travers les animations de Jérôme Jouvray, Myriam Tonelotto fait une interview « post-mortem » du physicien Alvin Weinberg, qui commente son autobiographie « La première ère nucléaire« . Elle montre que la deuxième ère nucléaire imaginée par Weinberg est bel et bien en train de démarrer, avec des projets sérieux pour le développement des réacteurs à combustible liquide à base de sels fondus.

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En parallèle se construit une métaphore autour d’un « poker nucléaire » : ce jeu où nos chances d’une énergie sûre, gérable en terme de déchets et incomparable dans sa capacité à épauler la montée en puissance des renouvelables, ont été sacrifiées sur l’autel des intérêts militaristes, industriels et politiques.

Les producteurs du film Nina et Denis Robert ont expliqué lors de la première à Strasbourg les difficultés rencontrées pour obtenir le financement, avec ce sujet vraiment hors du commun.

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L’équipe de production, à la première le 14 septembre 2016, à Strasbourg. De gauche à droite: Patrice Schumacher, Luc Tharin, Nina Robert, Denis Robert, Philippe Muller, Françoise Schöller, Myriam Tonelotto

La projection à Strasbourg a été suivie par un panel de discussion. Le PDG de Terrestrial Energy Simon Irish a annoncé qu’une demande est en cours auprès du Département de l’Énergie des États-Unis pour une garantie de prêt de 800 à 1200 millions de dollars pour  l’accréditation, la construction et la mise au point d’un Réacteur Intégral à Sels Fondus.

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Le panel de discussion après la première à Strasbourg. De gauche à droite : Françoise Schöller, Daniel Heuer, Simon Irish, Geneviève Lecoq, Félix Gomez, Myriam Tonelotto

D’autres déclinaisons du film seront diffusées par la télévision nationale Suisse (RTS), Suédoise (SVT), Irlandaise (TG4), Japonaise (NHK) ainsi qu’une version « régionalisée » sur toutes les chaînes France 3 du Nord-Est.

Vous ne l’avez pas encore vu ?

Après 176361 vues en replay sur le site d’Arte, « Thorium – la face gâchée du nucléaire » est disponible à voir et à revoir sur YouTube

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.

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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 :

IMSR

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.

TAP

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.

Le nucléaire est dans son enfance

Dans une salle de squash abandonnée, sous les gradins du stade de football américain de l’université de Chicago, le 2 décembre 1942 l’humanité a donné naissance à la fission nucléaire.

Les jeunes parents humains de cet enfant tout puissant vivaient en période de guerre. Impressionnés par sa force, à peine sortie de son oeuf ils l’ont envoyé faire son service militaire – l’énergie nucléaire est devenue un enfant soldat à l’âge de deux ans et demi.

On est ce qu’on mange

Les humains sont de l’espèce homo sapiens. Pour s’alimenter ils ont eu l’habitude depuis 200 000 ans de cueillir ce qu’ils trouvaient dans la nature, puis de rejeter les déchets de leur système digestif dans la nature.

Remarquant que leur nouvel enfant avait un goût prononcé pour un isotope rare d’uranium fissile, et à la demande des militaires, les heureux parents ont tout de suite diversifié avec de la nourriture solide. L’énergie nucléaire a donc mangé dès le début un régime de pastilles solides d’oxyde d’uranium, selon une recette de préparation spéciale. Mais les humains étaient désagréablement surpris de trouver que ce qui sortait du système digestif de cet enfant était particulièrement toxique.

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Dès sa démobilisation en 1945, les parents de cette jeune énergie ont voulu qu’elle fasse une contribution positive à la société. Ils l’ont donc envoyée à la prestigieuse École des Énergies, pour apprendre à côté des autres énergies comment contribuer à la prospérité de l’humanité et à la protection de l’environnement.

Le nucléaire à l’École des Énergies

Quand ils ont compris l’énorme potentiel de cet enfant, les professeurs de cette école l’ont accueilli à bras ouverts. En particulier, il est rapidement devenu le chouchou des profs de physique, qui lui ont montré des dizaines de filières différentes pour grandir et réaliser son potentiel, à tel point que les autres élèves comme le gaz ou le charbon étaient jaloux et ont commencé une longue campagne de harcèlement contre lui, dans la cour de récréation qui est le marché mondial de l’énergie. Il semblerait que le harcèlement est permis à l’école des énergies, car ni profs ni parents ne sont intervenus pour l’arrêter.

Mais suite à des cours d’ingénierie où il a appris l’importance de la simplicité de conception et l’utilisation des connaissances acquises, une orientation principale a été choisie pour ce jeune – celle du Réacteur à Eau Pressurisée. Il a donc continué avec son régime de nourriture solide, et à l’âge de 73 ans il porte toujours des couches pour confiner ses déchets toxiques et éviter leur dispersion dans l’envionnement où ils seraient dangereux pour les humains et l’environnement.

Accident de couche

En de rares occasions où il y a eu des accidents de couche à l’école, les autres énergies en ont profité pour harceler encore plus et humilier le jeune élève – au point que même ses parents ont commencé à avoir des doutes en lui. Avec sa confiance mise à mal, ses résultats scolaires, d’abord prometteurs, ont commencé à décrocher.

Consommation nucléaire

Même si cet enfant produit 32% de notre énergie propre, il se révèle un peu fragile. Peut-être faut-il retirer son argent de poche pour le donner aux énergies renouvelables ou à son petit frère la fusion nucléaire ?

Les frais de scolarité à l’École des Énergies sont élevés, et il est en difficulté. Faut-il arrêter son parcours ? (après 73 ans, on parle d’une technologie mature, non ?)

Certains pensent que c’est un enfant du diable et qu’il faut l’abandonner ou même le tuer !

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Non.

Le problème n’est pas l’énergie nucléaire – c’est nous, ses parents.

Quand un de nos enfants humains est en difficulté scolaire, on le punit ou on le soutient ? Quand il cherche sa voie pour faire un métier utile, on l’abandonne ou on l’oriente ?  En cas d’accident ou maladie, on le critique ou on l’aide à se soigner ? On se plaint de ce qu’il nous coûte ou on admire son potentiel ?

Un enfant est ce qu’il y a de plus précieux au monde et nous sommes coupables d’une grosse négligence parentale à l’encontre de cet enfant nucléaire. Certes, sa date de naissance n’était pas fortuite – sa carrière militaire courte a forcément laissé quelques troubles psychologiques – mais il a appris sa leçon :

Bombe et centrale smileys

Energie nucléaire : bonne. Arme nucléaire : mauvaise

La fission nucléaire est tout sauf une technologie mature. Les humains ont commencé à exploiter le charbon il y a 500 ans mais sa consommation continue à croître aujourd’hui. Le Réacteur à Eau Pressurisée est une technologie avec une certaine maturité mais qui est loin d’être en fin de vie. Il y a des centaines d’autres façons de produire de l’énergie avec la fission nucléaire – pour l’instant nous n’avons exploré en profondeur qu’un seul chemin.

Le nucléaire est dans son enfance – son potentiel pour apporter énergie et prospérité aux humains reste énorme. Nous lui avons donné la vie, nous devons le soutenir et l’aider à grandir.

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La première chose à changer est son alimentation. Un régime de nourriture liquide à base de sels fondus peut l’aider à mieux digérer, pour nous donner moins de problèmes avec ses déchets. Diversifier avec du thorium pourrait être une option intéressante aussi. Ensuite nous devons soutenir et renforcer sa scolarité, le protéger du harcèlement, et compléter son education avec des études de chimie, d’architecture, de méthodes et d’économie. Ces changements marqueront le début d’une deuxième ère nucléaire.

Pour accélérer notre transition énergétique, le problème n’est pas l’énergie nucléaire – c’est nous.

Sources des images : 1, 2, 3 (remerciements à M. Shellenberger pour l’idée), 4, 5.

UK flag Cet article est disponible en anglais ici.

MSFR – suivi de charge et sûreté

Le réacteur nucléaire rapide à sels fondus, ou MSFR (pour Molten Salt Fast Reactor) est étudié par le CNRS au Laboratoire de Physique Subatomique & Cosmologie (LPSC) à Grenoble.

Le combustible liquide de ce réacteur apporte une simplicité de conception et une sécurité intrinsèque, avec une grande flexibilité d’opération qui serait très complémentaire avec les énergies renouvelables, pour les problèmes de suivi de charge.

Suivi de charge

Noël 2015 – Renouvelables : une production intermittente allant du simple au triple. Cliquez sur l’image pour visiter le site du Réseau de Transport d’Électricité, avec des données en temps réel.

Dans le domaine de la production d’électricité, on appelle suivi de charge la pratique qui consiste à faire varier la puissance de fonctionnement d’une centrale de façon à l’adapter aux variations de la demande. Plus on produit de l’électricité avec des sources renouvelables non dispatchables comme le solaire et l’éolien, plus les autres sources dispatchables doivent s’adapter rapidement pour suivre la charge globale des consommateurs.

Pour les centrales nucléaires actuelles, un changement de puissance trop rapide peut endommager les crayons de combustible solide. En fonction du type de réacteur le changement de régime est limité à 1% – 5% de la puissance maximale par minute.

Un réacteur à sels fondus n’a pas les mêmes limitations – son combustible est un liquide. Pour illustrer la capacité de suivi de charge du réacteur MSFR, l’équipe CNRS à Grenoble a realisé des calculs de couplage neutronique et thermohydraulique sur des segments d’1/16ème du cœur, chacun avec leur unité de pompe / échangeur.

Calcul neutronique et thermohydraulique

En effet, la performance neutronique du réacteur est impactée par les changements thermo-hydrauliques, et sa performance thermo-hydraulique est impactée par les changements neutroniques. Les calculs et simulations font partie de la soutenance de thèse d’Axel LAUREAU, présentée le 16 octobre 2015.

Une variation de puissance de 33% en une minute a été simulée. On demande au réacteur de passer d’une puissance de 2GW à 3GW en 60 secondes – ce sont les lignes rouges dans l’image ci-dessous.

Suivi de charge

Dans chaque illustration colorée en bas de l’image, on observe deux fois 1/16ème du cœur : à gauche la distribution de puissance produite dans le combustible liquide, et à droite la distribution de température.

Grâce à la propriété de contre-réaction forte du combustible liquide, le réacteur se comporte très bien et en toute sécurité lors de cette transition. Une réduction de puissance rapide de 3GW à 2GW en 60 secondes est également illustrée, par les lignes bleues.

Cette méthode de calcul permet d’aller plus loin et de simuler des scénarios accidentels, pour évaluer la sûreté du réacteur. Dans les vidéos suivantes un incident de sur-refroidissement et un incident d’insertion de réactivité sont illustrés. ATTENTION ! Les échelles de temps sont logarithmiques !

Dans cette simulation le réacteur est initialement dans un état stable avec une faible puissance de 0,1GW (100MW). L’incident simulé est un sur-refroidissement par le circuit intermédiaire, où la température du sel dans ce circuit est instantanément modifiée pour représenter une puissance extraite de 3GW – un événement peu probable considéré comme un cas enveloppe.

La marge à la criticité prompte est de -125pcm (=0.125%), elle représente la contribution des neutrons retardés à la réaction en chaine, et correspond à la réserve de réactivité insérable avant que les neutrons prompts ne pilotent seuls et abruptement la réaction en chaine. Pour éviter cette situation de sur-criticité prompte, on doit rester en-dessous de la ligne de 0 pcm.

Le sel combustible dans l’échangeur est refroidi. Il est transporté par la pompe et vers 0,5 secondes ce sel refroidi commence à rentrer dans le cœur du réacteur, ce qui augmente la réactivité. Vers 1,0 secondes, la puissance commence à monter, ce qui fait monter la température du sel. La dilatation du liquide contribue à réduire la réactivité, et cette contre-réaction est bien supérieure à l’effet du sur-refroidissement : après 1,5 secondes la réactivité atteint un pic avant de redescendre vers son état initial de -125 pcm. Après 3 secondes, la puissance commence à se stabiliser sur la puissance extraite de 3GW.

Conclusion : très bonne capacité du réacteur à compenser un incident de sur-refroidissement de 0,1 à 3GW.

Dans cette simulation le réacteur est initialement dans un état stable de production d’énergie, à sa puissance nominale de 3GW. L’incident simulé est une insertion de réactivité de 1000 pcm (1 pcm = 1 pour cent mille soit 1% ici) en 1 seconde – un événement peu probable considéré comme un cas enveloppe.

La marge à la criticité prompte est de -125pcm (=0.125%), elle représente la contribution des neutrons retardés à la réaction en chaine, et correspond à la réserve de réactivité insérable avant que les neutrons prompts ne pilotent seuls et abruptement la réaction en chaine. Pour éviter cette situation de sur-criticité prompte, on doit rester en-dessous de la ligne de 0 pcm.

Quand on commence à insérer de la réactivité, la puissance et donc la température commencent à monter. Mais comme le combustible est un liquide il se dilate, ce qui contribue à réduire la réactivité. Cette contre-réaction permet de compenser parfaitement l’insertion de réactivité. Après 0,1 secondes la réactivité atteint un pic avant de redescendre vers son état initial de -125 pcm.

Conclusion : très bonne capacité du réacteur à compenser une insertion rapide de réactivité.

 

Joyeux anniversaire, MSRE !

Cette semaine un atelier au Laboratoire national d’Oak Ridge aux États-Unis a marqué le plus grand et le plus important rassemblement à ce jour des personnes qui travaillent pour donner vie à la technologie des Réacteurs à Sels Fondus (RSF).

Photo : John Kutsch

Photo : John Kutsch

Les objectifs de l’atelier étaient :

  1. Commémorer et saluer le 50e anniversaire de l’année de mise en service du réacteur expérimental à sels fondus (en anglais : molten salt reactor experiment, MSRE), revenir sur les opérations réussies.
  2. Créer un forum pour le partage des informations et de l’état d’avancement de plusieurs initiatives et programmes de R&D liées aux RSF, ainsi que des collaborations internationales qui se sont développées récemment avec l’émergence du regain d’intérêt pour les RSF.

Le réacteur MSRE a fonctionné entre juin 1965 et décembre 1969. Avec un combustible liquide composé de sels de fluorure, il a démontré la faisabilité d’une technologie de fission nucléaire intrinsèquement sûre, qui aurait la possibilité d’être compétitive en coûts avec les combustibles fossiles. Certains membres de ce programme étaient présents à l’atelier, et applaudis pour leur énorme accomplissement.

Un site internet a été créé pour l’atelier, avec l’ordre du jour, les participants, les présentations, photos et vidéos. Un fil Twitter a été alimenté en direct par le compte @MSRAssociation, avec une excellente synthèse et des photos.

Présentations ORNL

Les jeunes entreprises à l’oeuvre sur le développement de cette technologie ont présenté l’avancement de leurs travaux, y compris Flibe Energy, Moltex Energy, Terrestrial Energy, et Thorcon Power.

Steve Kuczynski, le PDG de Southern Nuclear, une des plus grandes entreprises d’exploitation de centrales nucléaires aux Etats-Unis a dit qu’il croyait au profil de sécurité plus sûr et aux coûts de construction moins élevés des réacteurs à sels fondus.

Et il y a plusieurs nouveaux entrants sur la liste des entreprises qui travaillent sur la fission liquide. Jeff Latkowski, directeur de l’innovation chez Terrapower, l’entreprise financé par Bill Gates, a révélé qu’ils travaillent depuis 3 ans sur le développement d’un réacteur rapide à base de sels de chlorure. Terrapower a soumis une demande de financement au Département de l’Énergie des États-Unis pour avancer ce concept. Latkowski s’est dit soulagé de pouvoir enfin en parler en public. L’entreprise d’ingénierie canadienne Hatch a également présenté un nouveau concept sur lequel leurs équipes travaillent.

Il y avait meme une présentation par la commission de réglementation nucléaire des États-Unis, qui est critiquée par la communauté des réacteurs à sels fondus pour sa politique technique actuelle, qui permet uniquement l’exploitation des réacteurs à eau pressurisée sur le sol américain.

Mais c’est en Chine que l’avancement est le plus marqué.

Parmi les présentateurs était Hongjie Xu, directeur à l’Institut de Physique Appliquée de Shanghai (SINAP) du programme TMSR (Thorium Molten Salt Reactor). Xu a présenté une feuille de route qui montre que la Chine a le programme de R&D le plus avancé au monde pour cette technologie. Il a détaillé un plan en plusieurs étapes pour construire des réacteurs de démonstration dans les cinq prochaines années, avec un déploiement commercial autour de 2030. L’Institut prévoit de construire un prototype de réacteur de 10 mégawatts avec un combustible solide, ainsi qu’un réacteur à combustible liquide de 2 mégawatts qui permettra de démontrer le cycle du combustible thorium-uranium, d’ici 2020.

Hongjie Xu à Oak Ridge, le 15 octobre 2015

Hongjie Xu à Oak Ridge, le 15 octobre 2015.

Un site a été retenu pour ces réacteurs à DAFENG (大丰市), à 300km au nord de Shanghai, avec l’accord de la province de Jiangsu et un accord de principe de l’autorité de sécurité nucléaire chinois, le NNSA.

700 ingénieurs nucléaires travaillent sur les réacteurs à sels fondus au SINAP, a dit Xu, un nombre qui dépasse de loin les autres programmes de recherche de réacteurs avancés à travers le monde. La recherche est financée jusqu’en 2017, dit-il; au-delà de cette date l’Institut est à la recherche de nouveaux fonds du gouvernement central, du gouvernement de Shanghai, et du secteur privé. SINAP a signé récemment un accord avec le groupe Fangda, un conglomérat chinois de grande envergure qui fabrique des produits de carbone, fer et acier, et des produits chimiques, pour aider à développer les liquides de refroidissement à sels fondus pour les réacteurs.

« Je suis très confiant » que SINAP sera en mesure de porter son programme de réacteurs à sels fondus jusqu’à la commercialisation, dit Xu. « Parce que, en général, le gouvernement chinois a l’intention de soutenir le développement des futures technologies pour l’énergie nucléaire. Et le marché chinois est très grand pour ces technologies ».

Cet atelier a été jugé tellement utile par les participants qu’il pourrait devenir un événement annuel à Oak Ridge. Vivement les 51 ans du MSRE !

Voir aussi :

  • Photos historiques du réacteur expérimental à sels fondus
  • Brochure sur le réacteur experimental à sels fondus
  • Article ORNL sur l’atelier d’anniversaire de 50 ans du réacteur MSRE

Certains textes de cet article ont été traduits de celui de Richard Martin, publié sur le site internet du MIT Technology Review.

Un nouveau rapport sur la fission liquide

Au Royaume-Uni, la société Energy Process Developments a publié un rapport avec le titre « Faisabilité de développement d’un réacteur à sels fondus prototype au Royaume-Uni« .

EPD

EPD a été créée en 2014 suite à l’annonce d’un financement de £100 000 du Technology Strategy Board, organisme stratégique du gouvernement britannique en matière d’innovation. Leur étude a été suivie par les universités d’Oxford et Cambridge, avec comme objectifs de :

  • Faire un examen complet de la technologie des réacteurs à sels fondus (RSF)
  • Identifier les développements récents dans ce domaine
  • Comparer les technologies offertes par 6 entreprises
  • Proposer la technologie la plus adaptée pour le développement d’un prototype de réacteur au Royaume-Uni

Technologies étudiées

Le rapport, publié en août 2015, est un document de 75 pages en anglais, disponible en format .pdf par simple clic sur ce lien. Chaque chapitre se termine par quelques lignes de synthèse, traduites en français ci-dessous :

Résumé

Les auteurs de ce rapport recommandent à tous les intéressés qu’ils devraient faire d’urgence les investissements nécessaires, ainsi qu’un engagement pour procéder avec un programme de réacteur à sels fondus, y compris un prototype de démonstration tel qu’identifié par cette étude.

1. Opportunités & aperçu de l’industrie

  • Le Royaume-Uni a un budget de R&D nucléaire inexistant par rapport aux autres grands pays.
  • Il existe une opportunité pour le Royaume-Uni d’avoir une part de £240 milliards dans un marché international du nucléaire de £1000 milliards d’ici 2030. Des RSF à combustible liquide peuvent être développés au Royaume-Uni pour alimenter ce marché.
  • Les RSF peuvent avoir le potentiel d’être plus économiques et sont plus sûrs que les technologies d’aujourd’hui. Les RSF peuvent traiter les stocks de déchets et de plutonium.
  • La prospérité, la consommation d’énergie, le gaz à effet de serre et la croissance démographique sont apparemment tous liés. Avec une source d’énergie propre et pas chère, ils peuvent tous être stabilisés.
  • Une action immédiate du gouvernement britannique peut lancer la technologie des RSF.

2. Concepts de RSF évalués par cette étude

  • La recherche et le développement mondiaux des RSF sont actuellement dirigés par la Chine. Ailleurs, de petites start-ups avec des nouveaux concepts innovateurs sont prometteuses.
  • Six propositions sont examinées pour leur aptitude en tant que prototype de démonstration au Royaume-Uni. Toutes sont considérées comme des propositions valables à ce stade de la conception.
  • Le réacteur à sels stables de Moltex Energy apporte simplicité et avantages pour le Royaume-Uni en particulier.

3. Contexte historique

  • Le réacteur à eau pressurisée a été développé pour le programme de la défense et a été repris pour la production d’électricité.
  • Le RSF en tant que concept a été démontré avec succès dans les années 1960. Il ne répondait pas aux exigences de la défense et a été arrêté.

4. Une introduction à la technologie des RSF à combustible liquide

  • L’énergie nucléaire a une densité énergétique beaucoup plus élevée que d’autres sources.
  • Le combustible des RSF est dissous dans un sel liquide, ce qui apporte de nombreux avantages.
  • Ils opèrent dans un spectre rapide ou thermique, avec un grand choix de cycles de combustible.

5. Avantages des RSF

  • Les RSF peuvent être conçus avec une sécurité passive complète et aucune possibilité pour une dispersion généralisée de substances radioactives.
  • Ils ont un taux élevé d’utilisation de combustible et produisent peu de déchets à vie longue.
  • Les coûts d’une installation peuvent être comparables aux combustibles fossiles.
  • Les RSF offrent plus d’avantages que les autres technologies existantes ou avancées.

6. Défis des RSF

  • La technologie des RSF n’a jamais été disponible dans le commerce.
  • L’approbation réglementaire sera un processus long et coûteux.
  • L’expérimentation sera nécessaire pour certains nouveaux concepts et applications de matériaux.
  • L’obtention de financement est difficile en raison du long engagement requis et le risque élevé de mettre en œuvre une technologie de rupture dans un environnement très réglementé.

7. Réglementation nucléaire

  • Aucune expérience n’existe pour l’homologation d’un prototype de réacteur ou d’un nouveau site.
  • La charge réglementaire pour une technologie innovante est de la responsabilité du vendeur.
  • La véritable innovation est sévèrement limitée par le processus actuel.

8. Sélection du site

  • Le Royaume-Uni n’a pas d’installations pour la démonstration de nouvelles technologies de réacteurs.
  • Le processus de développement et le calendrier seront grandement simplifiés si un site avec une licence existante peut être utilisé.
  • Des RSF qui brûlent du plutonium pourraient être bénéfiques pour l’Autorité Britannique de Démantèlement Nucléaire (NDA) qui possède certains sites appropriés.

Bien que des avantages sont trouvés dans l’ensemble des modèles de réacteurs étudiés, le rapport conclut que le Réacteur à Sels Stables, la conception proposée par Moltex Energy, est la meilleure option à poursuivre. Le Réacteur à Sels Stables est un réacteur à spectre rapide de type piscine, mais sa caractéristique unique par rapport aux autres conceptions est que le combustible est statique. Pour la plupart des réacteurs à sels fondus, le liquide hautement radioactif est pompé activement à travers un échangeur de chaleur tandis que dans la conception de Moltex Energy les sels fondus radioactifs (composés de combustible nucléaire usé mélangé avec du chlorure de sodium pour réduire son point de fusion) sont contenus dans des tubes métalliques, semblables aux crayons de combustible dans les réacteurs traditionnels. Le flux de sels fondus dans les tubes est créé entièrement par convection naturelle, sans pièces mobiles, éliminant la possibilité de défaillance des pompes. Le bassin de liquide de refroidissement contient un autre type de sels fondus ce qui donne au réacteur une sécurité intrinsèque car toute fuite de combustible radioactif est mélangée et diluée dans ce grand bain.

Réacteur à Sels Stables Moltex
Contrairement à tous les autres modèles de réacteurs à sels fondus, cette conception n’est pas un dérivé du réacteur expérimental à sels fondus développé au laboratoire national d’Oak Ridge (où les RSF ont été initialement développés dans les années 1960), mais plutôt une vraie conception du 21e siècle. Avec toute une série d’autres avantages, le Réacteur à Sels Stables est conçu de telle sorte que tous les composants peuvent être construits dans des segments et assemblés sur le site d’une centrale. Cette conception modulaire est beaucoup plus simple et moins chère que les réacteurs d’aujourd’hui, ce qui permet d’envisager un déploiement d’autant plus avantageux.

Le rapport conclut que ce réacteur conçu au Royaume-Uni, « en raison de sa relative simplicité et des obstacles techniques relativement faibles et peu nombreux, est la configuration la plus appropriée pour un développement immédiat à l’échelle prototype au Royaume-Uni ».

Une partie du texte de cet article provient de celui publié sur le site du Alvin Weinberg Foundation par Suzanna Hinson.

L’opportunité du siècle ?

 « Je détermine ce dont le monde a besoin, puis je cherche à l’inventer. »

– Thomas Edison

En 2015 le monde a besoin, plus que jamais, d’une source d’énergie qui est fiable, sûre, durable, propre et bon marché.

« Notre avenir énergétique est défini par une montagne. Cette montagne se crée et se construit devant nous, et va être construite sur les deux prochaines décennies, pour la prochaine génération.

[Cet avenir] est basé sur une demande croissante d’énergie primaire dans les économies non-OCDE. Cette demande d’énergie est construite par six milliards de personnes, qui désirent le mode de vie de la classe moyenne que nous avons aujourd’hui en Occident.

Si l’économie mondiale va fournir cette énergie pour répondre à ce désir, il faut énormément d’énergie propre. »

– Simon Irish, PDG de Terrestrial Energy

Terrestrial Energy est une entreprise privée canadienne avec plus de 30 personnes, qui cherche activement à inventer ce dont le monde a besoin, à travers la technologie des réacteurs nucléaires à sels fondus. Dans une présentation en avril 2015 son PDG Simon Irish a expliqué, du point de vue d’un financier, l’énorme opportunité économique offerte par cette technologie.

(vidéo sous-titrée en français, transcription ici)

« La fourniture d’énergie mondiale est probablement 5% du produit mondial brut, $3,500,000,000,000 par an.

La valeur des fonds propres des compagnies d’énergie d’aujourd’hui est de $5,000,000,000,000, qui est 7,6% de la capitalisation boursière du monde. La valeur d’entreprise de ces sociétés est encore plus. Il y a de gros enjeux au cours des deux prochaines décennies dans cette zone. »

« Si on pouvait conquérir [le marché de remplacement des centrales à charbon] d’une manière incontestée avec un petit réacteur modulaire, compétitif par rapport aux alternatives aux combustibles fossiles, ce serait une opportunité très, très importante. »

Le produit en développement chez Terrestrial Energy est nommé « Réacteur Intégral à Sels Fondus«  (en anglais: Integral Molten Salt Reactor, IMSR). C’est un petit réacteur modulaire qui a l’objectif d’être le plus simple et le moins cher possible, pour démocratiser l’énergie auprès d’une population la plus large possible, et ainsi lutter contre le réchauffement climatique et accroître la prospérité de l’humanité.

Illustration IMSR

L’opportunité économique que représente cette technologie est décrite en plus de détail sur le site internet de Terrestrial Energy. En mai 2015 il était indiqué sur ce site que « L’IMSR peut produire de l’énergie à un coût moyen actualisé de $0,04 / kWh », une phrase retirée depuis mais qui représente certainement l’ambition de l’entreprise.

Imaginons pour un instant un monde où l’électricité propre coûte $0,04 / kWh…

L’IMSR se décline en 3 tailles, pour conquérir différents segments du marché de l’énergie.

IMSR 80 300 600

  • L’IMSR80 génère 80 mégawatts de chaleur, ou 33 mégawatts d’électricité
  • L’IMSR300 génère 300 mégawatts de chaleur, ou 141 mégawatts d’électricité
  • L’IMSR600 génère 600 mégawatts de chaleur, ou 291 mégawatts d’électricité

La taille relativement petite de ces réacteurs permettrait de les construire en usine et les livrer préfabriqués sur le site d’une centrale nucléaire, en contraste avec les grands réacteurs proposés par l’industrie nucléaire traditionnelle, tel que l’EPR d’Areva (maintenant EDF…) avec ses 4500 mégawatts de chaleur et 1650 mégawatts électriques.

Mais les économies d’échelle offertes par une production en série des réacteurs sont éclipsées par l’opportunité présentée par le changement d’un combustible nucléaire solide à un combustible LIQUIDE. Dissoudre l’uranium ou le thorium dans un mélange de sels fondus permet de concevoir un système d’énergie qui fonctionne à pression atmosphérique, avec des substances qui sont chimiquement très stables. En effet, la chimie des sels fondus offre une première barrière de confinement efficace pour les produits de la réaction de fission. Et cette sécurité intrinsèque permet de concevoir un système bien moins cher.

Le coût de l’électricité nucléaire est largement dominé par le capital nécessaire à la construction d’une centrale. A l’opposé d’une centrale thermique, le combustible nucléaire représente une petite fraction du coût global de l’énergie produite. Et il y a une relation directe entre l’investissement de capital nécessaire pour construire un système d’énergie nucléaire et le profil de sécurité intrinsèque du système de réacteur.

CAPEX = ƒ (profil de sécurité intrinsèque du système de réacteur)

Un aspect intéressant de Terrestrial est une volonté de communiquer assez ouvertement sur leur technologie. L’entreprise utilise les médias sociaux (Facebook, Twitter, LinkedIn) et a écrit un article Wikipedia sur l’IMSR. Cet article est désormais traduit en français, sur Wikipédia.fr

Wiki IMSR

David Leblanc, président et directeur technique de Terrestrial Energy a parlé du développement de l’IMSR à la conférence TEAC7 sur l’énergie du thorium, en juin 2015 (voir cette video). Il présentera un nouvel aperçu au symposium de la World Nuclear Association, le 10 septembre 2015 à Londres.

En tant qu’entreprise privée, Terrestrial Energy ne communique pas sur le niveau d’investissement qu’ils ont obtenu. Mais regardons une sélection des personnes qu’ils ont nommées au sein de leur conseil d’administration, équipe de management et conseil consultatif international (cliquez sur les images pour plus d’information) :

Bodner Edwards Engel Hill Johnson MacDiarmid Merrifield Reinsch Rickman Whitman

Certaines de ces personnes ont occupé des postes aux plus haut niveaux des administrations, institutions et entreprises de l’Amérique du nord. Clairement, ils sont convaincus de la nécessité de poursuivre cette technologie activement. Les réacteurs à sels fondus de Terrestrial Energy et d’autres jeunes entreprises pourraient bien représenter l’opportunité du 21ème siècle.