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.

Un manifeste éco-moderniste

La Terre est entrée dans une nouvelle ère géologique : l’Anthropocène, l’âge des humains.

NASA blue marble 2015-07-20

Image : NASA, 20 juillet 2015

En avril 2015, les 18 personnes dans l’image ci-dessous, universitaires, scientifiques, militants et citoyens, se sont regroupées pour publier « Un manifeste éco-moderniste« , animées par la conviction que le savoir et la technologie, appliqués avec sagesse, pourraient permettre que ce soit un bon, voire remarquable, Anthropocène. Un bon Anthropocène exige que les humains utilisent leurs capacités techniques, économiques et sociales, sans cesse grandissantes, pour améliorer la condition humaine, stabiliser le climat, et protéger la nature.

Auteurs

Image : ecomodernism.org

Ce manifeste existe désormais en français. Il présente une nouvelle vision écologiste qui est optimiste, humaniste, pragmatique et pro-technologie.

Son idée centrale est de réaffirmer un idéal du mouvement environnemental de longue date, selon lequel l’humanité doit réduire ses impacts sur l’environnement afin de laisser plus de place à la nature, tandis qu’il en rejette un autre, selon lequel les sociétés humaines doivent s’harmoniser avec la nature afin d’éviter un effondrement économique et écologique.

En voici quelques extraits :

« Étant donné que les êtres humains dépendent totalement de la biosphère, comment est-il possible qu’ils puissent nuire tant aux systèmes naturels sans nuire à eux-mêmes ?

Le rôle que joue la technologie dans la réduction de la dépendance de l’humanité à la nature explique ce paradoxe. »

« La civilisation humaine peut prospérer pendant des siècles et des millénaires grâce à l’énergie fournie à partir d’un cycle fermé de combustibles à base d’uranium ou de thorium, ou encore de la fusion de l’hydrogène-deutérium. »

« Même si dans l’ensemble les impacts humains sur l’environnement continuent de croître, un ensemble de tendances à long terme conduit aujourd’hui à un découplage important entre bien-être humain et impacts environnementaux. »

« Le découplage soulève la possibilité que les sociétés atteignent un impact maximum sur l’environnement sans empiéter davantage sur les espaces relativement vierges. La nature non utilisée est une nature épargnée. »

« L’histoire des transitions énergétiques suggère, toutefois, qu’il a existé des tendances constantes associées aux façons dont les sociétés évoluent vers des sources énergétiques plus propres. C’est en remplaçant les combustibles de faible qualité […] par d’autres de haute qualité […] que pratiquement toutes les sociétés ont décarbonisé, et qu’on montre la voie vers une décarbonisation accélérée à l’avenir. »

« Nous écrivons ce document, animés d’un amour profond pour la nature. »

« Nous affirmons que les humains ont le besoin et la capacité de conduire un découplage accéléré, volontaire, et conscient. Le progrès technologique n’est pas inévitable. »

« Nous offrons ce manifeste, convaincus que la prospérité de l’humanité et une planète écologiquement dynamique sont, non seulement possibles, mais aussi inséparables l’une de l’autre. En nous engageant dans les processus réels, déjà en cours, qui ont commencé à découpler le bien-être humain de la destruction de l’environnement, nous affirmons croire qu’un tel futur peut être réalisé. Ce faisant, nous affirmons une vision optimiste des capacités humaines et du futur. »

Le plus important avec ce document, c’est de le lire.

Si les idées exprimées résonnent avec vous, vous pouvez agir pour le climat et pour la prospérité humaine en le partageant largement.

Conférence à l’école des mines

L’association Intermines des anciens de l’école des mines organise, mardi 23 juin 2015, une conférence-débat sur les « Réacteurs nucléaires à sels fondus de thorium« ,

105-logoINTERMINES

…pour faire le point sur :

  • les particularités, les avantages et inconvénients des combustibles liquides et du cycle thorium
  • les avancées récentes concernant le MSFR (Molten Salt Fast Reactor) et la convergence avec les réacteurs de 4e génération
  • les besoins en R&D
  • les projets en cours en France et à l’international

Avec des interventions de Daniel HEUER, Directeur de recherche au CNRS affecté au LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie) de Grenoble, spécialiste des réacteurs à combustibles liquides et de la filière thorium, et d’Alain GERBER, Ingénieur ECAM Lyon qui travaille depuis 1998 dans l’ingénierie nucléaire AREVA, essentiellement dans la 4e génération : SFR, VHTR et sur MSFR (Molten Salt Fast Reactor), cette conférence-débat de 2 heures commencera à 18h30, dans un amphithéâtre de l’école des Mines de Paris, 60 boulevard Saint Michel, 75006 Paris

1525-Mines-ParisTech-Panorama

Elle est gratuite pour les cotisants de l’association et les étudiants, et au tarif de 15€ pour les non-cotisants et les extérieurs. Inscrivez-vous en ligne, ici !

Quel réacteur à sels fondus ?

La fission liquide présente tellement d’avantages que la question n’est pas si on devrait la développer, mais quel concept il faut retenir.

Quel RSF

Ca ressemble à une nouvelle industrie naissante, non ?

Produire de l’énergie nucléaire avec un combustible liquide, au lieu des technologies actuelles qui utilisent toutes des combustibles solides, nous permet d’envisager l’aube d’une nouvelle ère pour la fission nucléaire, avec une technologie de rupture plus sûre, moins chère, fiable, durable et propre – faisons la fusion du cœur AVANT de le mettre dans le réacteur !

Il est important de comprendre que la fission liquide est une famille de technologies, leur difference étant dans l’état de la matière de leur combustible. En modifiant des facteurs tels que choix et chimie des sels fondus, architecture, géométrie et taille du réacteur, vitesse des neutrons, traitement des déchets, refroidissement etc., il est possible, comme pour les combustibles solides, d’imaginer des dizaines de concepts différents.

Branches technologiques

Quelques exemples de branches technologiques de l’énergie nucléaire. La fission liquide est l’ensemble des branches vertes.

 Alors quelle branche verte faut-il développer ?

Grande question…

Dans la communauté internationale de la fission liquide, chaque personne ou groupe apporte une réponse un peu différente à cette question, en fonction de ses valeurs, sa compréhension des exigences et ses idées sur les solutions possibles.

Cependant, dans la façon de penser à ces systèmes d’énergie du future, on distingue aujourd’hui deux grandes écoles, qu’on appelera ici l’école « Académique » et l’école « Start-up ».

L’école Académique est en grande partie issue des objectifs fixés pour les concepts développés dans le cadre du Forum International Génération 4 :

  • améliorer la sûreté nucléaire,
  • améliorer la résistance à la prolifération – en brûlant les stocks de plutonium,
  • minimiser les déchets – en recyclant et transmutant les actinides issus des réactions nucléaires,
  • optimiser l’utilisation des ressources naturelles,
  • diminuer les coûts de construction et d’exploitation des réacteurs.

Ce sont des objectifs pour satisfaire les clients de l’énergie, et plus largement pour refaire de l’énergie nucléaire une technologie socialement acceptable. Et dans ce domaine, la France peut se réjouir d’être un vrai spécialiste, avec le réacteur MSFR développé par le CNRS à Grenoble, qui a été sélectionné par le Forum GenIV en tant qu’hypothèse centrale pour le concept de réacteur à sels fondus au niveau international. La Commission Européenne a souligné l’importance de cet effort avec l’allocation au mois de février 2015 de plus de €3 millions pour approfondir les aspects de sûreté de ce concept, avec le programme SAMOFAR.

Albert Einstein a dit :

« Tout devrait être rendu aussi simple que possible,

mais pas plus simple. »

Un problème avec l’école Académique est justement que les objectifs sont un peu trop simples. Pour atteindre les objectifs, tout à fait louables, d’optimiser des facteurs tels que durabilité et déchets, il y a une tendance à orienter les choix technologiques sur des solutions qui n’existent pas encore et qui demandent un effort considerable de recherche et développement.

Ecole académique

Avec la technologie EPR en ligne médiane, où se situent les objectifs pour l’école « Académique » ?

La technologie nucléaire est difficile à financer – un développement sérieux de la fission liquide coûtera des centaines de millions d’euros (voire quelques milliards). Pour un investisseur, que ce soit un gouvernement ou une entreprise privée :

  • Effort de R&D important = Risque technologique
  • Risque technologique = délai de commercialisation & coût de développement importants

Risque, temps, coût. La minimisation de ces trois est l’objectif de tout investissseur. Un nouveau produit ou technologie obtient le financement nécessaire à son développement quand un équilibre est trouvé qui satisfait aux exigences de ses clients ET de ses investisseurs.

L’école « Start-up » de la fission liquide voit les choses différemment. Ici, la question est plutôt : Quel est le meilleur réacteur à sels fondus qu’on peut concevoir maintenant ? Avec :

  • Uniquement des technologies éprouvées et disponibles sur étagère
  • L’architecture et la conception la plus simple possible
  • Pas de nouveaux matériaux
  • Un cycle de combustible connu
  • Investissements chiffrés et maîtrisés
  • Production en série, modularité et fabrication des modules en usine
  • Plusieurs marchés cibles (chaleur industrielle, dessalement, hydrogène, carburants de synthèse…), pas uniquement l’électricité

La question étant posée différemment, la réponse est forcément différente aussi. Ce type de technologie serait moins performant en termes de durabilité et déchets (tout en restant bien supérieur à une technologie existante de réacteur à eau pressurisée comme un EPR), mais avec moins de risque technologique et une maîtrise des investissements serait bien plus intéressant pour un investisseur.

Ecole start-up

Alors, à quelle école faut-il donner raison ? Quelle approche doit recevoir le financement important qu’il faut injecter dans la fission liquide ?

La réponse est : toutes les deux. Elles sont interdépendantes et complémentaires.

  • Les nouvelles start-ups ont besoin du monde académique en tant que partenaire pour leur recherche, pour former leur personnel et pour construire et communiquer la vision long-terme.
  • Le monde académique a besoin des start-ups pour orienter les études économiques, et pour faire le retour d’expérience de la conception, construction, validation et opération des réacteurs.

La fission liquide doit sortir du laboratoire pour rivaliser et s’imposer au centre des marchés d’énergie – concurrencer en matière de coûts et de commodité avec le charbon et le gaz naturel. La planète ne peut pas attendre 30 ans avant sa commercialisation. Mais la fission liquide doit également montrer à un public sceptique de l’énergie nucléaire une voie vers une énergie réellement durable et propre, son acceptabilité sociale étant essentielle à son succès.

Ce n’est pas chose facile que de démarrer une nouvelle voie dans la technologie de la fission nucléaire. Cela représente un changement de paradigme, un investissement important, un grand col à traverser… Mais dans la vallée de l’autre côté de ce col, l’herbe est bien plus verte.

Merci Dr. Kloosterman

Grand succès pour le symposium organisé à TU Delft hier par le professeur Jan Leen Kloosterman sur le thorium dans les réacteurs à sels fondus.

JLK

Jan Leen Kloosterman ouvre le symposium à Delft avec une présentation sur le thorium dans les réacteurs à sels fondus

La participation a dépassé toutes les attentes avec 365 personnes. Il a été nécessaire de changer de salle et prendre le grand auditorium du centre de conférences Aula de l’université technique de Delft.

365 personnes ont assisté au symposium

365 personnes ont assisté au symposium

Le symposium a été l’occasion d’annoncer un nouveau programme de recherche européen – SAMOFAR (Acronym anglais : Safety Assessment of a MOlten salt FAst Reactor – évaluation de la sécurité d’un réacteur rapide à sels fondus). La commission européenne a alloué plus de 3 millions d’euros à ce programme qui démarre en août 2015 avec une durée de 4 ans.

SAMOFAR

Des fonds européens pour la recherche sur les réacteurs à sels fondus – très bonne nouvelle !

L’objectif de SAMOFAR est de prouver les concepts innovants de sécurité de la MSFR par des techniques expérimentales et numériques de pointe, de livrer une percée dans la sûreté nucléaire et la gestion optimale des déchets, et de créer un consortium d’intervenants. Le consortium SAMOFAR se compose de 11 participants. Les partenaires scientifiques sont TU-Delft, CNRS, CCR-ITU, CERTAINS, PSI et CINVESTAV. Les partenaires industriels sont Areva, CEA, EDF, KIT et l’IRSN. TU Delft dirige le programme SAMOFAR, et Jan Leen Kloosterman a été au coeur des efforts d’obtention des fonds européens. Merci Dr Kloosterman pour tous ces efforts, pour votre accueil chaleureux à Delft, et pour ce magnifique symposium qui était une étape importante dans la construction de la communauté internationale de la fission liquide.

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.

 

Le partenariat nucléaire franco – britannique

Dans la banlieue verdoyante de Londres, à côté du célèbre jardin botanique royal de Kew, se trouve un bâtiment qui abrite les archives nationales britanniques.

archives kew

Et dans ce bâtiment il y a un document remarquable.

Programme français RSF

Cliquez sur l’image pour voir le document complet (.pdf)

Déclassifié en janvier 2006, c’est un rapport sur la visite, le 15 mai 1973, au site CEA de Fontenay-aux-roses de deux scientifiques britanniques de l’Autorité britannique de l’énergie atomique (UKAEA). Dans le premier paragraphe de l’introduction, on découvre que :

« Des discussions ont lieu entre les parties intéressées concernant la possibilité de mettre en place des accords de collaboration en Europe pour poursuivre le développement d’un réacteur à combustible aux sels fondus. »

En effet, à cette époque le UKAEA développait un réacteur baptisé « Molten Salt Fast Reactor » (MSFR).

UKAEA-MSFR-schematics-AERE-Winfrith-1972-4-1-e1415893799821

Le réacteur MSFR britannique

UKAEA-MSFR-schematics-AERE-Winfrith-1972-4-2-e1415892764528

Coupe pour illustrer le coeur et les échangeurs de chaleur intermédiaires

Selon un article publié par l’Alvin Weinberg Foundation, les britanniques ont décidé qu’il y aurait peu à gagner de reproduire le travail des américains à ORNL, donc ils ont choisi de se concentrer sur un concept de réacteur à neutrons rapides de 2,5GWe refroidi au plomb, en utilisant des sels de chlorure, par opposition au réacteur MSBR à spectre thermique d’ORNL qui employait des sels de fluorure.

Ce travail, qui semble avoir reçu un financement conséquent du gouvernement britannique, était très intéressant pour l’équipe du CEA qui travaillait également à cette époque sur les réacteurs à sels fondus. Selon le rapport, le CEA sous la direction d’un chimiste (M. Faujeras) et d’un physicien (M. Lecocq),

« commence maintenant une expansion considérable de leurs études d’évaluation (jusqu’à 12 effectifs à temps plein) et a établi une collaboration étroite avec Pechiney-Ugine Kuhlmann (PUK). (…) Un intérêt industriel de ce type ajoute une nouvelle dimension à la réflexion sur les perspectives des systèmes à sels fondus et PUK montre à la fois de l’enthousiasme et des idées avancées concernant la conception. »

En 1973, PUK était le premier groupe industriel privé français. Présent dans l’aluminium, la chimie, le cuivre, le combustible nucléaire et les aciers spéciaux, le groupe avait des compétences idéales pour participer à un projet industriel de réacteur à sels fondus. Très exposé au coût de l’énergie, les chocs pétroliers ont signalé dès 1974 le début de son déclin.

La transcription en anglais

 

A la fin du rapport, dont vous trouverez ici la transcription en anglais, (version traduite en français, à venir), on sent la concurrence importante des réacteurs à combustible solide :

 

Nous avons convenu qu’avec un engagement lourd de ressources aux programmes de RNR, la voie la plus prometteuse pour le développement des RSF était par la collaboration internationale. (…)

En collaboration européenne, les français ont suggéré qu’un accord Royaume-Uni / France, fondé sur notre intérêt actif mutuel, et des structures comparables dans le CEA / AEA , EDF / CEGB et dans l’industrie, pourrait former le noyau d’autres accords (…)

C’est la décision des américains de poursuivre les surgénérateurs à combustible solide, et d’arrêter les recherches sur les combustibles liquides à Oak Ridge, qui a également signalé l’arrêt des programmes au Royaume-Uni et en France.

– – – – – – – – – – – – – – –

Cette semaine, une nouvelle page va s’écrire dans l’histoire de la fission nucléaire, avec la convention SFEN sur le partenariat franco – britannique pour un futur bas-carbone.

Cliquez pour le site SFEN de la convention

Cliquez pour le site SFEN de la convention

Cet état major des industries nucléaires françaises et britanniques aura lieu à la maison de la chimie, le 5 mars 2015. On parlera de la COP 21, de Hinkley point, de la stratégie d’Areva et du nucléaire de demain.

Mais parlera-t-on dans les coulisses du potentiel énorme des combustibles nucléaires LIQUIDES ? Pourrait-on par exemple imaginer la reprise britannique d’un développement du concept français de MSFR, ou une collaboration entre la start-up britannique Moltex Energy et le géant français Areva ?

Areva - Moltex

Dans toute entente cordiale entre la France et le Royaume-Uni sur le futur du nucléaire, les systèmes à combustible liquide peuvent jouer un rôle important. Plus que jamais, c’est le moment de remettre en cause les effets de mode et d’évaluer chaque technologie sur ses mérites, et sur son potentiel de produire une énergie décarbonée moins chère.