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.

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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.

Symposium à Delft

Les organisations suivantes seront présentes à un symposium organisé par l’Université Technique de Delft au Pays Bas le 17 avril 2015.

TU Delft

Avec le titre « Le Thorium dans les Réacteurs à Sels Fondus« , ce symposium regroupe des experts internationaux dans le domaine des combustibles nucléaires liquides. L’enregistrement est ouvert jusqu’au 2 avril.

 

Nucléaire : l’impératif de l’innovation

Hugh MacDiarmid est un homme avec une mission.

L’ex PDG d’Energie Atomique du Canada Limité est maintenant président du conseil d’administration de Terrestrial Energy, l’entreprise créée fin 2012 à Ottowa pour créer et commercialiser leur technologie de Réacteur à Sels Fondus Intégral (RSFI).

Le 24 septembre 2014, il a prononcé un discours au prestigieux Club économique du Canada, avec le titre « Nucléaire : l’impératif de l’innovation ».

(vidéo sous-titrée en français)

Il est intéressant de lister quelques phrases clés de la traduction française de ce discours :

  • A Terrestrial Energy, je crois que nous avons quelque chose de spécial
  • Nous sommes confrontés à une croissance toujours plus élevée de la demande d’énergie.
  • L’innovation viendra sûrement et elle va créer une rupture.
  • Nous pensons que cet avenir pourrait arriver plus tôt que prévu.
  • Il n’y a pas assez de bonnes réponses dans la gamme existante de solutions d’approvisionnement.
  • Le réacteur à sels fondus intégral, le RSFI, pourrait être l’une des réponses à cette insuffisance de l’offre
  • C’est une opportunité formidable pour la communauté nucléaire au Canada.
  • Qu’est-ce qu’un réacteur à sels fondus et comment c’est différent ? De façon générique, c’est un système de réacteur qui utilise un combustible liquide. C’est une différence fondamentale. Tous les autres utilisent un combustible solide.
  • Il doit passer le test de la viabilité commerciale – et nous croyons que notre RSFI passe ce test.
  • La valeur en capital est largement récupérée sur la durée de vie de sept ans que nous estimons pour l’unité cœur du RSFI.
  • Nos estimations indiquent que le RSFI va démontrer un coût d’énergie sur durée de vie le plus bas de toute technologie connue, et par une certaine marge.
  • Le RSFI sera une machine beaucoup moins chère à construire et à exploiter – point.
  • Nous avons choisi le graphite comme modérateur.
  • Le RSFI répond à la définition acceptée d’un petit réacteur modulaire.
  • La consommation d’uranium par kilowatt-heure sera un sixième du nucléaire conventionnel.
  • Pour nous, le combustible nucléaire usé est une source d’énergie intéressante.
  • Le RSFI a une empreinte de déchets beaucoup plus petite, avec une durée relativement courte.
  • La température de sortie plus élevée ouvre de nombreuses nouvelles applications industrielles qui ne sont pas viables pour le nucléaire classique. Nous pensons que le marché de la chaleur industrielle pourrait devenir encore plus grand pour le RSFI que la production d’électricité.

Il est également instructif de découvrir sur le site internet de Terrestrial Energy le calibre et le niveau d’expérience de l’équipe dirigeante de cette entreprise.

Alors, qui sera le premier dans la course à la fission liquide ? La Chine ? Le Canada ? Le Royaume-Uni ? Ou un autre ? Et quand verrons-nous cette technologie en Europe ?

Au Canada, un réacteur à sels fondus pour 2021

L’entreprise Terrestrial Energy Inc. (TEI) a été fondée fin 2012. Avec son siège dans l’Ontario, Canada, elle a comme mission de développer un réacteur à sels fondus opérationnel de démonstration à une échelle commerciale pour 2021 – entièrement sous licence et prêt pour un déploiement commercial important.

Terrestrial Energy Inc

Terrestrial Energy a été créé autour de David Leblanc (centre) et son portfolio de propriété intellectuelle. D’en haut à gauche : Louis Plowden-Wardlaw, Hugh MacDiarmid, Simon Irish, Canon Bryan, Paul McIntosh, John Kutsch, Bryan Mercer, Chris Popoff

TEI a annoncé lundi 31 mars que l’entreprise a clôturé avec succès son dernier tour de financement du capital d’amorçage, et que ce tour a été sursouscrit. Elle a également annoncé la nomination de Hugh MacDiarmid en tant que président du conseil d’administration. M. MacDiarmid a accumulé une vaste expérience de direction dans de grandes entreprises comme Énergie atomique du Canada limitée, où il a servi en tant que PDG de 2008 à 2011.

Le réacteur à sels fondus intégral de TEI est une conception petite et modulaire, avec des modèles allant de 29 MWe à 290 MWe – parfaitement adaptés pour les collectivités éloignées et les activités industrielles, y compris la fourniture d’énergie par réseau électrique ou hors-réseau.

IMSR FR

La technologie des réacteurs à sels fondus représente une révolution dans la sécurité nucléaire, la gestion des déchets, la résistance à la prolifération et la compétitivité du coût de l’énergie.

SMR FR

Le Canada présente un environnement légal et politique favorable pour l’entreprise, pour le développement, l’obtention de licences et le marketing d’un réacteur à sels fondus. Le conseil d’administration de TEI est composé de dirigeants des secteurs des sables bitumineux, des mines et de la finance.Installation FRL’entreprise a désormais le financement nécessaire pour progresser à la prochaine phase de conception amont, comme prévu. Le développement est prévu en 3 étapes:

i) Démarrage : Production d’un rapport de pré-concept.

ii) Production d’un rapport de design conceptuel.

iii) Construction et obention d’une licence. Développement commercial.

Ces 3 étapes doivent se terminer en 2021. Une phase de commercialisation de le technologie s’en suivra.