Arrêtez de concevoir des réacteurs !

Leó Szilárd était physicien. Le 12 septembre 1933, il a eu une idée remarquable : la réaction en chaîne nucléaire. Enrico Fermi était physicien aussi. Il a dirigé une équipe qui a conçu et construit le premier réacteur nucléaire dont la criticité a été atteinte le 2 décembre 1942. Les accomplissements intellectuels stupéfiants de ces hommes et de beaucoup d’autres physiciens ont fait entrer l’humanité dans l’ère nucléaire.

Equipe Chicago Pile 1

Le projet Manhattan a jeté les bases de la philosophie de conception pour la première époque de cette ère nucléaire. Les physiciens ont élaboré et prouvé mathématiquement la nouvelle science fascinante de la neutronique, et ainsi ils devinrent les concepteurs des premières bombes nucléaires. Une armée de personnes d’autres disciplines scientifiques et techniques a travaillé pour fournir les matériaux pour les construire; les bombes ont fonctionné, et la Seconde Guerre mondiale a pris fin. Les physiciens étaient des héros.

Cette philosophie de conception ‘gagnante’ a ensuite été appliquée à l’utilisation pacifique de la fission nucléaire pour la production d’énergie. Les physiciens allaient concevoir le réacteur; les autres métiers allaient concevoir un système d’énergie nucléaire autour de ce réacteur.

Dans la première époque nucléaire, la fission, c’est la physique.

Le champion de la première époque nucléaire est le Physicien de Réacteur.

Le système d’énergie nucléaire comprend toutes les activités, l’équipement, les métiers et les ressources associés à la production d’énergie nucléaire. Par exemple : l’extraction, le broyage, le transport, l’enrichissement, la fabrication du combustible, la fabrication des installations, l’irradiation, la conversion d’énergie, l’entretien, le retraitement, l’isolement géologique, soit tout ce qui se passe entre le moment où le combustible est déterré et le moment où les déchets n’ont plus de radioactivité significative.

Le système d'énergie nucléaire français

On pensait que la densité d’énergie énorme de l’uranium – environ 1 million de fois supérieure à celle des combustibles fossiles – serait suffisante pour assurer que l’énergie nucléaire devienne le principal moyen de production d’énergie sous quelques décennies, même si le concept de réacteur qui a été choisi pour le déploiement a donné lieu à un système d’énergie qui n’était pas en fait très efficace, ou sûr, ou propre, ou durable, ou bon marché …

Dans de nombreux pays, les systèmes d’énergie nucléaire ont été imposés à la population par les gouvernements. L’énergie électrique générée a apporté d’énormes avantages, mais les critiques publiques ont été largement ignorées, la communication a été très mauvaise, et la méfiance a grandi, alimentée par les groupes environnementaux et les lobbies des combustibles fossiles.

Démonstration anti-nucléaire

Aujourd’hui, 435 centrales nucléaires fournissent environ 11% de l’électricité mondiale, mais les progrès ont décroché à un moment où, plus que jamais, le monde a besoin d’énergie abondante sans émission de gaz à effet de serre.

L’échec de la première époque nucléaire est sa philosophie de conception.

Dans un monde qui est largement, et de plus en plus, démocratique et axé sur le marché, se préoccuper d’abord de la technologie et seulement ensuite des besoins clients est une stratégie défectueuse. Les gens veulent consommer une énergie qui est fiable, bon marché, sûre, durable et propre. Il est essentiel de commencer par une compréhension profonde et fondamentale de ces besoins clients avant même de commencer à réfléchir à la façon d’y répondre.

Depuis plus de 60 ans, nous concevons la mauvaise chose. Pour entrer dans la deuxième époque de l’ère nucléaire, un changement de paradigme est nécessaire. Nous devons arrêter de concevoir des réacteurs, et réfléchir en premier lieu à la conception du système d’énergie nucléaire dans son ensemble. Evidemment, ces systèmes auront un réacteur nucléaire en tant que composant très important. Mais la preuve d’améliorations importantes dans tous les domaines des besoins clients est un pré-requis à la conception détaillée du réacteur. Agir diffèremment est un gaspillage de ressources scientifiques et techniques.

La récente conférence internationale ThEC13 sur l’énergie du thorium au CERN à Genève a examiné trois approches pour extraire l’énergie du thorium :

Tableau Energie du Thorium

Concernant les systèmes pilotés par accélérateur, on a longuement discuté des avantages potentiels de la conception de réacteurs plus sûrs, durables et propres. Mais en choisissant d’ignorer le coût et la fiabilité, les physiciens qui travaillent sur ces concepts de réacteurs semblent perpétuer les échecs de la première époque nucléaire.

Dans un système d’énergie nucléaire, de nombreux métiers différents sont impliqués. La conception d’un système efficace nécessite donc une approche multi-disciplinaire. D’importantes synergies sont possibles grâce à une étroite collaboration entre experts.

Dans la deuxième époque nucléaire, la fission sera repositionnée à l’interface entre la physique et la chimie.

Le champion de la deuxième époque nucléaire sera l’Architecte de Système d’Énergie Nucléaire.

Fission interface physique chimie

Ce message sera sans doute peu apprécié par les physiciens, dont les contributions ont, après tout, été au coeur de progrès énormes pour l’humanité dans la première époque nucléaire. Mais au XXIème siècle, la lutte contre le changement climatique et la pauvreté énergétique pourrait bien dépendre de la volonté de la communauté des physiciens de partager la fission nucléaire avec d’autres métiers.

Images : Wikipédia, EDF

UK flag Une version de cet article en anglais est disponible ici.

La Chine maintient le cap vers la fission liquide

Lundi 28/10/2013, dans une présentation à la conférence internationale ThEC13 au CERN, Hongjie Xu de l’Institut de Physique Appliquée de Shanghai (SINAP) a confirmé que la Chine poursuit son programme de recherche et développement de réacteurs nucléaires à sels fondus utilisant le thorium comme combustible.

Hongjie Xu

Au CERN à Genève, Hongjie Xu de l’Institut de Physique Appliquée de Shanghai répond aux questions sur le programme de réacteurs à sels fondus au thorium de la Chine.

Comme annoncé sur ce blog l’année dernière, le programme chinois regroupe 400 personnes. Avec un age moyen de 31 ans, ce groupe représente un investissement long-terme dans le futur de l’industrie nucléaire chinoise. Le budget est actuellement de 400 millions de dollars, mais Monsieur Xu a déclaré à la conférence qu’il va bientôt demander au gouvernement chinois d’allouer un budget supplémentaire de 2 milliards de dollars pour les prochaines phases du programme.

Un projet est un rêve avec un budget et un planning. Voici le planning chinois (traduit en français) :

Programme Chine

Deux technologies sont en développement : la première à base de combustible solide TRISO dans des réacteurs à lit de boulets, et la deuxième avec des combustibles liquides aux sels fondus. Mais le programme chinois ne s’arrête pas aux réacteurs pour produire de l’électricité. Il couvre aussi :

  • La conversion de l’énergie nucléaire en combustibles liquides tel que le méthanol.
  • La production d’hydrogène nucléaire.
  • L’extraction des gaz de schiste / sables bitumineux et la conversion en gaz / pétrole.
  • Le refroidissement des réacteurs sans eau (qui est une ressource de plus en plus rare en Chine).
  • L’étude de réacteurs à sels fondus petits et modulaires, pour une production en masse moins chère et plus fiable.

La présentation de Hongjie Xu est disponible ici. A quand un programme européen pour concurrencer ce programme chinois visionnaire ?

Photo : John Laurie

Accord Areva – Solvay pour valoriser le thorium

Mardi 29 octobre 2013, à la conférence ThEC13 au CERN à Genève, Areva et Solvay ont annoncé un nouvel accord pour réunir leur savoir-faire et ajouter de la valeur à tout le cycle de vie du thorium.

Annonce Accord Areva Solvay Thorium

Thierry Delloye (à gauche) et Luc Van Den Durpel annoncent l’accord Areva – Solvay à la conférence ThEC13, dans le globe de la science et de l’innovation au CERN

Ce programme collaboratif a pour objectifs:

  • De résoudre les questions sur les résidus de thorium issus de la filière d’exploitation des terres rares dans le passé et aujourd’hui.
  • De fournir une argumentation industriellement robuste pour la valorisation du thorium pour la production d’énergie nucléaire, dans le moyen terme.
  • De fournir des options de meilleur niveau pour la gestion des stocks de thorium, en attendant cette valorisation dans le moyen terme.

Un programme de recherche et développement sera mis en place avec des partenaires internationaux, axé sur une première phase de développement de combustible avec irradiation à l’horizon 2020.

Dans la présentation à la conférence, que vous trouverez sur YouTube ici, avec les diapositives en format .pdf ici, Luc Van Den Durpel d’Areva a toutefois signalé qu’il faut « démystifier » l’histoire du cycle de combustible au thorium, et que la transition vers l’exploitation de cet élément prendra du temps (« >100 ans » selon la page 6, ou « au moins des décennies » selon la page 24).

La stratégie est axée sur l’exploitation du thorium dans les combustibles solides, mais Areva reconnait la possibilité d’utiliser le thorium « à plus long terme » dans les systèmes de génération 4 (voire plus), par exemple MSR (Molten Salt Reactor), ADS (Accelerator Driven System), LFTR (Liquid Fluoride Thorium Reactor).

Solvay Areva

Un point très positif de cet accord est la possibilité pour ces deux géants industriels d’exploiter dans le futur les synergies offertes par un positionnement de la fission nucléaire à l’interface entre la physique et la chimie.

Photo : John Laurie

La conférence ThEC13 au CERN

Le Globe au CERN à Genève en Suisse sera le point de rencontre pour la conférence ThEC13, du 27 au 31 octobre 2013.

Globe CERN extérieur

La conférence sera organisée par le « international Thorium Energy Committee (iThEC)« , récemment créé à Genève, en partenariat avec iThEO.

L’objectif de ThEC13 est de passer en revue les technologies de l’énergie du thorium, du R&D jusqu’aux développements industriels. La conférence couvrira l’amont et l’aval du cycle de combustible au thorium, l’utilisation du thorium dans les réacteurs critiques ainsi que les systèmes sous-critiques avec accélérateur, avec un accent particulier sur les développements dans les accélérateurs et la destruction des déchets nucléaires.

Suite au succès des conférences précédentes ThEC10 (Royaume-Uni), ThEC11 (Etats-Unis) et ThEC12 (Chine), iThEC souhaite rassembler les acteurs régionaux dans le développement des systèmes de l’énergie du thorium, pour faire le point sur les activités et promouvoir la coopération.

L’enregistrement est ouvert entre le 12 février et le 27 septembre 2013.

Globe CERN intérieur

Texte : traduit du site indico.cern.ch

Images : Wikipedia, CERN