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 !

baby

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 : bon. Arme nucléaire : mauvais

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.

Verre vide ou plein.jpg

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.

Energie des déchets nucléaires

La start-up Transatomic Power est parvenue à développer un réacteur nucléaire à sels fondus, pouvant être alimenté uniquement par les déchets nucléaires des centrales classiques.

(vidéo sous-titrée en français, transcription ici)

Russ Wilcox, Mark Massie et Leslie Dewan ont conçu un réacteur nucléaire, capable de produire d’énormes quantités d’électricité en consommant les déchets radioactifs issus des centrales conventionnelles, tout en réduisant leur durée de vie radioactive. Pour commercialiser cette solution, ils ont créé en 2010 leur entreprise : Transatomic Power. Basés à Cambridge, MA, il ont des liens étroits avec le Massachussets Institute of Technology (MIT), cet institut ayant également des liens avec le programme chinois de développement des réacteurs à sels fondus au thorium.

TAPLa base de leur approche est un réacteur nucléaire à combustible liquide qui est alimenté par de l’uranium dissous dans un sel de fluorure fondu. La conception est basée sur des travaux antérieurs menés dans les années 50 et 60 au Laboratoire National d’Oak Ridge dans le Tennessee, où les nombreux avantages de ce type de réacteur en matière de sécurité ont été démontrés. Mais le projet d’ORNL a été annulé : il était encombrant, avait une faible densité de puissance, et ne pouvait pas être justifié sur des motifs de sécurité parce que le monde n’avait pas encore connu Tchernobyl, Three Mile Island ou Fukushima.

L’équipe de Transatomic Power a amélioré l’idée de départ en modifiant certains des matériaux employés. Un modérateur en hydrure de zirconium au lieu du graphite entraîne une réduction de la taille et donc du coût de construction du réacteur. Et le remplacement du sel Flibe par le fluorure de lithium permet de fonctionner avec du combustible frais très faiblement enrichi ou du combustible nucléaire usé, tout en augmentant la densité de puissance.

MSBR vs WAMSR

Ces deux nouveaux matériaux permettent une grande différence dans la conception. Dans le graphique ci-dessous, Transatomic est la grande ligne bleue. En ralentissant les neutrons du coeur beaucoup plus rapidement entre la région rapide et la région thermique, ils font la transition plus rapidement. La région épithermique au milieu, source de pertes de neutrons, est évitée.

Spectre neutronique

Du coup, il y a plus de neutrons dans la partie thermique du spectre pour la production d’énergie, et plus dans la partie rapide du spectre pour attaquer les composants des déchets à longue durée de vie.

Il faut rappeler que les centrales nucléaires classiques ne sont en mesure d’extraire qu’une infime partie de l’énergie contenue dans l’uranium, en moyenne 3 à 5%. C’est justement cette caractéristique qui rend les déchets nucléaires aussi dangereux : l’énergie qu’ils renferment est considérable.

En exploitant cette énergie résiduelle, la technologie de Transatomic Power permettrait de multiplier par 75 l’électricité produite par tonne d’uranium extrait. Et ce, tout en réduisant la durée de vie radioactive des déchets, de plusieurs centaines de milliers d’années à quelques centaines d’années.

Stockage déchets nucléaires

Avec les 270 000 tonnes de déchets nucléaires déjà stockées dans le monde, les futurs réacteurs de Transatomic Power seraient en mesure de produire assez d’électricité pour la planète entière pendant 72 ans, même en tenant compte de la demande croissante, et simultanément de se débarrasser de la quasi-totalité des déchets nucléaires. La technologie peut fonctionner avec de l’uranium frais faiblement enrichi, ou être adaptée pour fonctionner avec du thorium, et ainsi assurer la sécurité énergétique pendant des milliers d’années.

Transatomic a travaillé avec la société Burns & Roe, qui a une longue expérience dans l’industrie nucléaire, sur l’élaboration d’un livre blanc, qui présente leur proposition technico-commerciale pour un premier réacteur exploitant cette technologie.

Premier réacteurAvec 520MWe de puissance pour 2 milliards de dollars, le prix représente environ 2/3 du coût de l’énergie nucléaire conventionnelle. Et il reste un potentiel important de réduction du coût avec une conception plus modulaire et des techniques de construction plus avancées, ce qui rendrait l’électricité nucléaire moins chère que celle issue des centrales à charbon.

Cette technologie représente une alternative aux combustibles fossiles qui est bon marché et sans carbone. Elle résout les problèmes de la sécurité et des déchets nucléaires. Et elle fournit une réponse sûre, propre et abordable aux besoins d’énergie de l’humanité.

Images : Transatomic Power Corporation

Article repris en partie de celui d’Aymeric Pontier

Venez pour le thorium, restez pour le réacteur

« Le mieux est l’ennemi du bien. »

Dans sa présentation à la quatrième conférence du « Thorium Energy Alliance » à Chicago en juin 2012, Dr. David Leblanc nous explique qu’il y a moult façons différentes de concevoir un réacteur nucléaire à sels fondus (RSF).

Le fichier .pdf de cette présentation est ici.

Il est important de comprendre que les RSF sont une famille de réacteurs. Sous certains aspects, tous les réacteurs de cette famille sont égaux :

  • Ils utilisent un combustible liquide
  • Ils fonctionnent à pression atmosphérique
  • Ils peuvent fournir une énergie moins chère que les combustible fossiles
  • Ils fonctionnent à haute température, permettant un meilleur rendement dans la génération d’électricité
  • Ils génèrent des déchets qui ont une radioactivité signifiante pendant quelques centaines d’années seulement
  • Ils ont un niveau de sécurité largement supérieur aux réacteurs actuels de génération 2 et 3, refroidis à l’eau sous pression

… mais sous d’autres aspects, certains RSF sont plus égaux que d’autres. Et là, tout dépend des objectifs que l’on se donne.

Alors que la communauté scientifique se concentre sur la conception du meilleur RSF possible, pour optimiser des facteurs tels que prix de l’énergie et consommation de combustible (et c’est très bien!), David Leblanc cherche à identifier le RSF avec la conception la plus simple possible, pour réduire les barrières d’entrée à cette technologie et permettre son rapide déploiement.

Le thorium, avec une abondance dans la croute terrestre trois à quatre fois plus importante que l’uranium, représente certes le combustible optimal. Et un réacteur surgénérateur comme LFTR (USA) ou MSFR (France) représente certes la machine optimale pour exploiter son énergie. Mais l’uranium n’est pas l’ennemi d’un réacteur à sels fondus, et il existe une variante de RSF appelée DMSR (Denatured Molten Salt Reactor –> Réacteur à Sels Fondus Dénaturés) qui peut fonctionner avec un mélange thorium / uranium, ou bien avec de l’uranium uniquement, qui serait plus simple à déployer et auquel David Leblanc s’intéresse particulièrement.

Le concept du DMSR a été proposé par le Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL) en 1980. David Leblanc travaille sur une amélioration de ce concept qui aurait les caractéristiques suivantes :

  • Environ 100m^3 de sel
  • Fonctionnement pendant 10 à 15 ans sans retraitement du sel
  • Utilisation annuelle d’environ 35 tonnes d’uranium par GWye (soit 17% des besoins d’un réacteur à eau pressurisée)
  • Démarrage avec seulement 3,5 tonnes par GWe d’uranium 235 fissile (en format faiblement enrichi)
  • Très grande résistance à la prolifération nucléaire
  • La moitié des produits de fission est collectée sous forme gazeuse
  • Pertes de neutrons limitées à 5% (REP : 22%, CANDU : 12%)

Une application de cette technologie pourrait être l’extraction de pétrole des sables bitumineux au Canada, avec l’utilisation de la chaleur nucléaire pour générer la vapeur nécessaire à l’extraction « in situ » avec la technologie SAGD (Drainage Gravité Assisté par Vapeur).

Dans un réacteur surgénérateur, un retraitement régulier du sel est nécessaire pour éviter les pertes de neutrons dues à l’empoisonnement par les produits de fission. Mais c’est ce retraitement qui présente un des plus grands défis techniques, et donc une dépense importante en coûts de recherche et développement pour éprouver la technologie. Le DMSR pourrait permettre de bénéficier plus rapidement des avantages des RSF, et de développer en parallèle les concepts optimums surgénérateurs.

Les réacteurs à sels fondus sont connus pour leur association avec le thorium, mais le plus important serait de commencer dès que possible à bénéficier de leurs très grands avantages dans la génération d’énergie sans CO2, et d’augmenter notre expérience réelle dans leur conception, construction et opération. Le réacteur est donc plus important que le combustible.

Comme le dit David Leblanc, « Venez pour le thorium, restez pour le réacteur » !

Le CNRS lance un projet sur l’exploitation du thorium

Qui veut étudier le thorium ?

Le CNRS, AREVA et le CEA lancent un appel à projets autour de trois axes :

1 : Géologie de l’Uranium et du Thorium (Source – Transport – Dépôt – Préservation)

2 : Traitement des minerais d’uranium et de thorium

3 : Acteurs et marchés des matériaux fissiles

Ceux qui s’y intéressent ont jusqu’au 6 juillet 2012 à minuit pour déposer leur candidature !

Quelle politique nucléaire pour la Suisse?

La Suisse aimerait bien sortir du nucléaire avant 2035, mais pour le remplacer avec quoi ?

– Des centrales à gaz ?

– Des panneaux solaires au dessus des autoroutes ?

Rejoindre un effort international de développement de réacteurs à sels fondus au thorium permettrait de remplacer les réacteurs suisses actuels par une énergie à zéro émissions de CO2, avec un impact visuel minimum sur l’environnement.

S’il faut retarder de 10 ans l’arrêt des réacteurs à uranium actuels, utilisons ce temps pour développer une politique de leur remplacement par des réacteurs à thorium, en commençant par la sensibilisation des politiciens suisses !