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.

 

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.

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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.

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.