La Passion d’Alvin Weinberg

5.0.3

Le physicien de 59 ans était dans une sorte de panique. La terre se réchauffait de plus en plus, et personne à Washington ne semblait s’en soucier. L’énergie nucléaire – la seule façon réaliste de produire beaucoup d’électricité avec peu d’émissions de carbone – était la solution. Mais la hausse des coûts de l’énergie nucléaire et la puissance du lobby du charbon semblaient l’emporter sur les préoccupations environnementales et la rationalité elle-même.

Il a commencé à écrire des articles. Le premier a été publié dans le journal Science. Il l’a appelé "Effets globaux de la production d’énergie par l’homme." Ensuite, il a co-écrit un article évaluant ce qui se passerait si les Etats-Unis s’éloignaient du nucléaire. "La demande soutenue pour l’énergie durant les premières décennies du siècle prochain va pousser les concentrations de dioxyde de carbone dans l’atmosphère à des niveaux hautement préoccupants, même dans le cas de faible croissance de l’énergie."

Le problème était le temps. "Avec l’effet d’inertie dans les systèmes d’approvisionnement en énergie, il est clair que les décisions prises aujourd’hui sur la question nucléaire / non nucléaire," l’homme a écrit, "auront un impact qui se répercutera pour de nombreuses années à venir." En d’autres termes, les générations futures dépendent des décisions sur l’énergie que nous prenons aujourd’hui.

Le physicien est allé au Capitole, à la recherche de sympathisants. "Je suis allé d’un bureau à l’autre à Washington, les courbes de l’accumulation de dioxyde de carbone dans la main," l’homme se souvient. "Je leur ai rappelé que l’énergie nucléaire était sur le point de mourir. Il faut faire quelque chose. J’ai presque crié."

L’année était 1974, et l’homme était le docteur Alvin Weinberg. Un vétéran du Projet Manhattan et le directeur du Laboratoire National d’Oak Ridge, Weinberg a créé le prototype d’un nouveau type de source d’énergie nucléaire, qui ne peut ni provoquer une fusion du cœur ni faire des armes.

Alors que la grande majorité des réacteurs nucléaires d’aujourd’hui sont refroidis à l’eau ordinaire, Weinberg a inventé un réacteur radicalement nouveau refroidi par des sels fondus. La perte du liquide de refroidissement était la cause des fusions du cœur à Three Mile Island et à Fukushima. En revanche, le réacteur de Weinberg ne pouvait pas subir une fusion du coeur parce que le combustible était déjà fondu et dissous dans le liquide de refroidissement à sels fondus.

Pour comprendre pourquoi l’énergie du thorium, refroidi par les sels fondus, a suscité la passion des scientifiques et des ingénieurs américains, ainsi que le gouvernement chinois, qui a récemment investi 350 millions de dollars dans un nouveau projet de sels fondus, alors vous devez comprendre la vie et l’époque d’Alvin Weinberg.

1.
Alvin Weinberg est né à Chicago en 1915 et a obtenu son doctorat en physique en 1939 de l’Université de Chicago. Son mémoire de maîtrise portait sur le spectre d’absorption infrarouge du CO2, présageant ses efforts ultérieurs pour alerter du réchauffement climatique. Au laboratoire métallurgique de l’Université de Chicago, il a côtoyé les physiciens Edward Teller, Léo Szilárd, et les lauréats du prix Nobel Arthur Compton, Eugene Wigner, et Enrico Fermi. Peu après, il a travaillé pour aider à construire la Bombe. Dans une note de 1944, il a avancé l’idée d’exploiter l’énergie nucléaire pour l’énergie civile, "… il sera peut être possible de faire fonctionner un tel système sous pression et obtenir de la vapeur à haute pression qui pourrait être utilisé pour la production d’énergie."

En 1945, après la guerre, Weinberg est allé travailler au Laboratoire National d’Oak Ridge. Là, il a persuadé l’Amiral Hyman Rickover qu’un réacteur refroidi à l’eau fonctionnerait mieux sur les sous-marins – un exploit le mettant dans une position ambivalente, car conduisant à l’utilisation de l’eau comme liquide de refroidissement pour les réacteurs nucléaires civils. "Ainsi est né le réacteur à eau pressurisée, pas en tant que centrale commerciale, pas parce qu’il était bon marché ou intrinsèquement plus sûr que les autres réacteurs, mais plutôt parce qu’il était compact et simple et se prêtait à la propulsion navale," écrivait-il avec mélancolie.

L’Armée de l’Air l’a alors chargé de la construction d’un avion à propulsion nucléaire. Alimenter un réacteur d’avion nécessite de la chaleur à 860°C – une température beaucoup plus élevée que les 315°C atteints par les réacteurs refroidis à l’eau. L’équipe de Weinberg a eu l’idée d’un mélange fondu de fluorures de zirconium et de sodium dans lequel ils mettaient le combustible d’uranium. Les sels de fluorure stables n’ont pas corrodé le récipient en acier inoxydable. Et comme le sel restait liquide à la pression atmosphérique, même à 1400°C, une surchauffe ne pouvait provoquer aucune libération de radioactivité.

L’expérience a fonctionné. En 1954, cette expérience de réacteur d’avion a produit 2,5 MW de puissance thermique à 860°C pendant 100 heures. On a démontré une stabilité intrinsèque de la réactivité, en ajustant automatiquement la puissance sans barres de commande, avec la variation du flux d’air de l’échangeur de chaleur. Mais à la fin il était plus logique de l’utiliser pour la production d’électricité que pour alimenter les avions (qui encore aujourd’hui sont alimentés par le kérosène).

En 1955, à l’âge de 40 ans, Weinberg est devenu le directeur d’Oak Ridge. Dès 1966, son équipe avait construit un prototype d’uranium dissous dans les sels de fluorure fondus du lithium et du béryllium, qui a fonctionné jusqu’en 1969.

Weinberg était ravi. Un tel réacteur pourrait fournir au monde une énergie sans limite et permettre de protéger l’environnement. Il pourrait créer de l’électricité pour les plus démunis et de l’eau douce à partir de l’eau salée. Et si le thorium était utilisé plutôt que de l’uranium, on ne manquerait jamais de combustible, le thorium étant abondant dans la croûte terrestre.

2.
Weinberg était plus porté sur la sécurité que ses collègues et a été consterné que des réacteurs basés sur une conception faite pour des sous-marins aient atteint une position dominante sur le marché. "Le train en marche de la chaudière a tellement de pression que tout le monde est monté dessus, pêle-mêle," il fait remarquer plus tard.

En 1959, il a créé la revue « Nuclear Safety », et il a fait travailler une centaine de scientifiques et d’ingénieurs à Oak Ridge sur la recherche de la sécurité nucléaire. Quand les réacteurs nucléaires sont devenus plus grands, le laboratoire de Weinberg a exprimé des inquiétudes que dans un accident avec perte de refroidissement – comme ceux de Three Mile Island et Fukushima – la chaleur de désintégration résiduelle (pas une réaction en chaîne continue) pourrait ouvrir une brèche dans les trois barrières de confinement.

Au début des années 60, Weinberg et ses collègues ont mené une série de tests qui ont mis en lumière des failles de sécurité dans la conception du réacteur à eau pressurisée. Une sécurité supérieure était très importante pour Weinberg : pour lui, un réacteur à sels fondus qui utilisait du thorium comme combustible offrirait des avantages considérables par rapport aux modèles à eau légère. En tant que liquide de refroidissement, les sels fondus à pression atmosphérique résistent à des températures beaucoup plus élevées et réduisent les contraintes mécaniques sur la cuve du réacteur. En tant que combustible, le thorium ne peut pas être utilisé pour fabriquer des armes utiles ; dans un réacteur, il peut générer du nouveau combustible à l’uranium qui est consommé pour produire de l’énergie.

Les innovations de Weinberg se sont étendues au-delà des réacteurs à sels fondus. Le travail sur la sécurité à Oak Ridge a influencé la création du réacteur à lit de boulets refroidi au gaz à haute température fonctionnant à l’Université de Tsinghua en Chine. Et les nouvelles centrales nucléaires en cours de construction en Géorgie intègrent des fonctionnalités de sécurité passive. Le réservoir annulaire d’eau sur le toit d’un réacteur AP1000 de Westinghouse peut refroidir un réacteur non alimenté pendant trois jours après un arrêt. Le réacteur mPower de Babcock & Wilcox continue en refroidissement passif pendant trois jours sur batterie. Et le réacteur plus petit de NuScale, financé par le ministère américain de l’Énergie, continue indéfiniment avec un refroidissement à l’air après l’évaporation de l’eau dans son réservoir.

Mais l’obsession de Weinberg pour la sécurité a fortement déplu à certains de ses collègues. Chet Holifield, le président du Comité mixte sur l’énergie atomique de 1970 était scandalisé par les efforts combinés de Weinberg et des sénateurs Howard Baker et Edmund Muskie pour établir un laboratoire national de l’environnement à Oak Ridge. Holifield "ne voulait pas que les laboratoires nucléaires soient contaminés par le mouvement écologiste", a rappelé Weinberg. Holifield lui a dit, "Alvin, si vous êtes préoccupé par la sécurité des réacteurs, alors je pense que c’est le bon moment pour vous de quitter l’énergie nucléaire." Weinberg a été viré peu de temps après. Six ans plus tard, la fusion du cœur de Three Mile Island est survenue.

3.
À l’automne 2013, quatre des plus grands scientifiques mondiaux du climat, parmi lesquels l’ancien scientifique de la NASA James Hansen, ont envoyé une lettre ouverte aux écologistes, demandant qu’ils inversent leur opposition à l’énergie nucléaire afin de sauver le climat. La lettre a été traitée comme une nouveauté dans les médias. Des spécialistes de l’environnement – pour l’énergie nucléaire ? Comme c’est étrange.

Et pourtant, il y avait le Dr Weinberg, l’un des scientifiques les plus respectés de l’Amérique, se faisant l’avocat de l’énergie nucléaire en faveur du climat près de 40 ans avant la lettre ouverte et une décennie et demie avant que Hansen déclare aux journalistes que ses collègues scientifiques devaient cesser leur baratin et reconnaître que les humains changeaient le climat.

Climat et énergie, pour Weinberg et beaucoup après lui, sont les deux faces d’une même médaille. Après un passage en tant que directeur de l’Office américain de recherche et de développement énergétiques en 1974, Weinberg avait réussi à fonder l’Institut pour l’analyse de l’énergie (IAE) aux Universités Associées d’Oak Ridge, soucieux de l’avenir de l’énergie. IAE a inventé le concept d’analyse du Taux de Retour Énergétique que nous utilisons aujourd’hui.

En 1976, à l’AIE Weinberg a prédit que "… la concentration atmosphérique de 375-390 ppm pourrait bien être une plage de seuil à partir duquel le changement climatique dû au CO2 sera séparable des fluctuations climatiques naturelles … Les conséquences d’une augmentation de cette ampleur de CO2 dans l’atmosphère, indiquent qu’il est prudent de procéder avec caution dans l’utilisation à grande échelle de combustibles fossiles."

L’avis de Weinberg sur l’énergie était en contraste marqué avec les points de vue des antinucléaires qui ont fait valoir que les personnes pauvres à travers le monde ne tireraient aucun avantage d’une électricité fiable et bon marché. "Donner à la société une énergie abondante et pas chère" pour prendre la célèbre phrase du professeur de Stanford Paul Ehrlich en 1975, "équivaudrait à donner une mitrailleuse à un enfant imbécile." Weinberg a farouchement soutenu le contraire : les sociétés à faible énergie sont beaucoup moins libres et "souffrent probablement de plus de pollution de l’air et de l’eau et des milieux urbains que les sociétés à haute énergie." Plus, pas moins, d’énergie était au centre du bien-être.

Une nouvelle génération d’ingénieurs préoccupés par le changement climatique redécouvre Weinberg et son design. La société TerraPower de Bill Gates étudie les réacteurs à sels fondus. L’ingénieur du MIT Leslie Dewan a co-fondé Transatomic Power, qui utilise une conception de RSF. Et l’ancien employé de la NASA Kirk Sorensen a publié les documents originaux de R&D d’Oak Ridge sur l’Internet, et a fondé la société Flibe Energy.

La technologie a suscité un intérêt mondial. L’ancienne écologiste antinucléaire Baronesse Bryony Worthington a aidé à fonder la Fondation Alvin Weinberg basée à Londres, pour "re-catalyser la recherche, le développement et le déploiement des RSF déjà conçus, construits et éprouvés par Alvin Weinberg … pour lutter contre le changement climatique." Et un article écrit par Robert Hargraves dans le journal American Scientist en 2010 a suscité le projet de développement de $ 350 000 000 de l’Académie des Sciences Chinoise, annoncé en 2012.

Avec la lettre ouverte des scientifiques du climat, avec un nombre croissant d’écologistes qui prônent l’énergie nucléaire, avec un nombre croissant de philanthropes comme Bill Gates et Paul Allen qui investissent dans la prochaine génération de nucléaire, l’altruisme qui a initialement motivé les scientifiques et les ingénieurs nucléaires revient enfin pour redéfinir l’énergie nucléaire. "Ce qui rendait Weinberg unique," a déclaré Alexander Zucker, professeur de physique et collègue de Weinberg, "était sa profonde préoccupation pour le bien-être de l’homme. Il n’a jamais cessé d’y penser."

 

Cet article est une traduction de l’article écrit par Robert Hargraves et publié le sur le site internet du Breakthrough Institute, le 5 février 2014. Robert Hargraves est l’auteur du livre "Thorium : energy cheaper than coal"

Le Réacteur à Sels Fondus Simple

L’entreprise britannique Moltex Energy LLP a été créée fin 2013 pour développer un nouveau concept de réacteur à sels fondus pratique, sûr et bon marché.

RSF Simple

Et derrière ce concept il se cache une histoire :

À la fin de la deuxième guerre mondiale, les États-Unis étaient dans une course à l’armement nucléaire. C’était une priorité nationale de produire non seulement les bombes, mais aussi les moyens de livrer ces bombes à leurs cibles. Les missiles balistiques intercontinentaux n’existaient pas encore, la marine américaine commençait son programme de développement de sous-marins à propulsion nucléaire, mais l’armée de l’air était bien embêtée : un bombardier alimenté par le kérosène a une autonomie plutôt limitée. Que faire ? Évidemment, il n’était pas question de laisser la marine devenir la seule force nucléaire militaire !

L’armée de l’air américaine a demandé au Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL) de travailler sur un concept de bombardier à propulsion nucléaire, un avion capable de rester dans l’air pendant de longues périodes de temps afin d’assurer une force de dissuasion nucléaire aérienne permanente.

C’était une idée folle. Mais les scientifiques d’ORNL voyaient plus loin. Un financement militaire permettrait de travailler sur des concepts d’énergie nucléaire avec des combustibles liquides, avec des bénéfices potentiels énormes pour l’humanité. Et donc ils ont démarré le programme "Aircraft Reactor Experiment" (ARE – expérience de réacteur pour avion).

LE RÉACTEUR QUE OAK RIDGE VOULAIT FAIRE DÈS LE DÉBUT

Un article publié dans le journal "Nuclear Science and Engineering" en 1957 explique que dans la phase de conception de ce programme :

"Le premier concept incorporait un combustible de sel de fluorure statique [...] Un effort considérable a été mis dans la conception de ce réacteur, mais dans un temps relativement court la conception a encore été modifiée en raison de certains problèmes très difficiles associés avec le combustible liquide statique. La principale difficulté, qui a nécessité un changement dans la conception, a été le gradient thermique radial prohibitif dans le combustible liquide. [...] En fait, afin d’obtenir des sorties de haute puissance raisonnables avec des flux de refroidissement raisonnables, la température au centre du combustible serait dangereusement proche du point d’ébullition du combustible. [...] Une solution à ce problème de gradient thermique a semblé être la circulation du combustible avec un écoulement turbulent à un échangeur de chaleur, de sorte que le mécanisme pour enlever la chaleur du combustible ne dépendrait pas de la conductivité thermique du combustible. [...] Par conséquence, le concept de combustible statique a été abandonné, et les travaux ont commencé sur la conception d’un réacteur de haute température avec combustible en circulation."

En synthèse : les tubes statiques, ça ne marche pas. Il est impossible d’enlever la chaleur et ça chauffe trop. Il faut une pompe pour faire circuler le combustible liquide.

Et dès lors, tous les réacteurs à sels fondus construits (ARE, MSRE) ou imaginés (MSFR, LFTR, L-TMSR, IMSR …) ont employé un combustible liquide en circulation permanente.

Jusqu’au jour où Ian Scott, un scientifique et inventeur britannique, se penche sur la question d’une énergie nucléaire sûre et bon marché. Sans consulter la littérature, il se met à inventer des dizaines de concepts de réacteurs les plus simples possibles. Comme toujours dans ce genre de processus il y avait du bon et du mauvais, mais petit à petit un concept commence à sortir du lot – un réacteur avec un combustible liquide à sels fondus dans des tubes statiques.

TUBES STATIQUES AVEC FLUX DE CONVECTION

Convaincu par les avantages de ce concept pour simplifier le réacteur et le rendre moins cher et plus sûr, Ian Scott commence à rechercher dans la littérature, et tombe assez rapidement sur l’article des scientifiques d’ORNL. Mais il remarque que leurs calculs et conclusions sur l’échauffement du combustible dans les tubes étaient basés uniquement sur l’évacuation de la chaleur par conduction.Flux de convection

Un fluide ne reste pas statique quand il est chauffé. La convection du liquide devait certainement contribuer à distribuer la chaleur entre le centre des tubes et les parois.

Alors pourquoi les scientifiques d’ORNL n’avaient pas calculé l’effet de la convection ? Et bien, dans les années 1950 il n’y avait pas d’ordinateurs. La science de la mécanique des fluides numérique n’existait pas. Ils n’avaient tout simplement aucun moyen pour faire ce calcul.

Ian Scott décide donc de faire appel aux services de Wilde Analysis Ltd. Un maillage avec le logiciel ANSYS et un calcul avec le logiciel FLUENT ont démontré qu’avec la conduction seule, le point d’ébullition du sel était effectivement rapidement atteint, mais qu’avec la conduction ET la convection, en fonction du diamètre des tubes la température restait tout à fait gérable.

RSF simple graphique

Il s’est associé avec John Durham, qui est par ailleurs président de Alvin Weinberg Foundation à Londres, pour former Moltex Energy LLP, un partenariat à responsabilité limitée, dans le but de faire un développement sérieux de cette technologie au Royaume-Uni, ou à défaut d’exploiter la propriété intellectuelle. Le 11 avril 2014 une première présentation publique a eu lieu à Manchester lors d’une conférence sur l’énergie nucléaire durable de l’institut britannique des ingénieurs chimiques (IChemE).

Vous trouverez ci-dessous un extrait de la présentation de Manchester, avec la traduction française du plan de conception actuel. La prochaine étape sera un contrat avec Atkins Ltd. pour affiner cette conception et évaluer son coût.

Plan de conception RSF Simple

Les travaux de Moltex Energy sont en train d’ouvrir toute une branche de la technologie de fission nucléaire qui est restée fermée pendant des décennies – celle des combustibles liquides statiques.

Comme le dit Bill Gates, un grand supporteur de l’innovation dans le nucléaire : "Dans presque tous les domaines, les logiciels de simulation changent le terrain de jeu".

En revisitant certaines décision prises au milieu du 20eme siècle, avec les outils à notre disposition au début du 21eme, il y a certainement d’autres innovations possibles, d’autres branches à explorer, et encore plus de valeur à ajouter pour l’humanité.

 

Présentation : "La Fission Liquide"

Le 9ème arrondissement à Paris a été la scène mardi pour une présentation sur "la fission liquide". Lors d’une réunion des bénévoles du Shift Project, John Laurie a parlé de l’énergie, du nucléaire d’aujourd’hui, et de ce que le nucléaire aurait dû être dès le début : une technologie à zéro carbone pour résoudre les problèmes que la technologie a créés.

La Fission Liquide

Si certains dans l’audience avaient déjà entendu parler de cette technologie, la plupart découvrait pour la première fois les nombreux avantages de faire de l’énergie nucléaire avec des combustibles liquides. La discussion qui a suivi a été riche et constructive !

La présentation entière est disponible à télécharger ci-dessous, en format .pdf ou Powerpoint, accompagné du texte de la transcription des notes. N’hésitez pas à utiliser et partager largement ces documents pour faire découvrir la fission liquide à un public de plus en plus grand.

 

Télécharger la presentation "La fission liquide" en format Powerpoint (20Mo)

Télécharger la présentation "La fission liquide" en format .pdf (9Mo)Télécharger le texte de transcription de la présentation (format .docx)

 

 

 

 

 

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 FR

L’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.

 

La Chine déclare la guerre

Le premier ministre Li Keqiang, s’adressant à l’assemblée nationale populaire le 5 mars, a dit que le gouvernement chinois a déclaré "la guerre contre la pollution", selon un article paru dans le South China Morning Post.

chimneypollutioncn

Une des armes de cette guerre sera le développement de réacteurs à sels fondus au thorium. L’équipe scientifique du projet TMSR (acronym anglais : Thorium Molten Salt Reactor) à Shanghai avait établi un planning de 25 ans pour ce projet. Désormais on leur impose un délai de 10 ans.

Le professeur Li Zhong, directeur de la division de chimie et de l’ingénierie des sels fondus, a dit : "Dans le passé, le gouvernement s’est intéressé à l’énergie nucléaire en raison de la pénurie d’énergie. Maintenant, il est plus intéressé à cause de la pollution. Le problème du charbon est devenu clair : si la consommation moyenne d’énergie par personne double, ce pays sera étranglé à mort par l’air pollué. L’énergie nucléaire est la seule solution pour le remplacement massif du charbon, et le thorium porte beaucoup d’espoir."

Le gouvernement chinois a annoncé que les mesures pour s’attaquer au problème pourraient inclure la fermeture de centrales au charbon, qui ont produit environ 70% de l’électricité de la Chine l’an dernier, selon les chiffres du gouvernement. Les centrales nucléaires ont généré un peu plus d’un pour cent de cette électricité. La Chine a actuellement 21 réacteurs nucléaires en état de marche, et 28 en construction.

Les chercheurs travaillant sur le projet ont dit qu’ils étaient sous une pression sans précédent "comme en temps de guerre" pour réussir, et que certains des défis techniques auxquels ils sont confrontés sont difficiles, voire impossibles à résoudre dans un délai aussi court. "Nous sommes encore dans l’ignorance de la nature physique et chimique du thorium à bien des égards", a déclaré Li. "Il y a tellement de problèmes à régler, mais si peu de temps. C’est certainement une course. La Chine est face à une concurrence féroce de l’étranger et arriver en premier ne sera pas une tâche facile."

INSOMNIE DES CLIMATOLOGUES

La dégradation de la situation en Chine inquiète tellement le climatologue américain James Hansen qu’il a du mal à dormir. Dans un communiqué du 10 mars il ne mâche pas ses mots :

"La pollution atmosphérique originaire de la combustion de charbon tue plus de 1.000.000 de personnes par an en Chine. L’espérance de vie en Chine du Nord est réduit d’au moins cinq ans, et ceux qui vivent souffrent de nombreux effets sur la santé."

"En tant que scientifiques nous avons une responsabilité particulière. Nous avons depuis 25 ans des connaissances qui auraient permis que le changement climatique et la pollution de l’air soient des problèmes gérables, pas des tragédies. Cependant, nous n’avons pas réussi à communiquer les implications assez bien avec les dirigeants politiques et nous n’avons pas atteint une action efficace. Nous devons essayer plus fort maintenant, car il est encore possible de réduire les effets du changement climatique et il est possible de résoudre le problème de la pollution de l’air."

"ma plus grande frustration est avec notre propre incapacité en tant que scientifiques de communiquer clairement l’histoire de l’énergie."

"Si on n’aide pas la Chine (…) je crois que nos propres enfants, et le monde dans son ensemble, vont considérer dans le futur que nous avons été coupables du plus grand crime du monde contre l’humanité et la nature."

ET QUE FAIT LA FRANCE ?

La France aussi a des problèmes de pollution dans ses grandes villes. En plus des émissions de l’industrie, de l’habitat et des transports français, une partie de cette pollution serait dû à la combustion de charbon à l’étranger. En effet, les nuages de particules fines sont tout aussi indisciplinés que les nuages radioactifs et ils ne s’arrêtent pas aux frontières. Ainsi, la responsabilité des pays à forte consommation de charbon comme l’Allemagne et la Pologne pour le pic de pollution en France cette semaine a été en question.

La presse britannique a bien relayé l’importante nouvelle de l’accélération du projet TMSR en Chine, avec des articles dans The Telegraph et The Guardian. En France, la presse n’en parle pas. La blogosphère française a été active cette semaine avec des articles captivants sur la très improbable voiture au thorium de Laser Power Systems qui roulerait 100 ans sans plein. C’est un beau rêve, mais le cœur du débat doit rester la génération d’énergie dans des centrales davantage optimisées pour leur coût, fiabilité et sécurité que pour leur design.

Au lieu d’annoncer un investissement important en recherche et développement pour se joindre à la course aux systèmes d’énergie nucléaire nouveaux comme les réacteurs à sels fondus, la France a organisé à Paris lundi une journée de circulation alternée.

ECRAN DE FUMÉE

Quand on questionne les experts français (CEA, Areva, EDF…) sur le thorium, ils répondent que ce n’est pas intéressant, que son utilisation n’aurait pas beaucoup d’avantages par rapport à l’uranium, ou que l’utilisation ne peut pas être envisagée avant des décennies. Et ils ont raison ! Car ils parlent du thorium dans le cadre des technologies à combustible solide. Cela permet de créer un écran de fumée, pour protéger le marché français des réacteurs de génération 3 et le futur marché imaginé pour les technologies en gestation de génération 4 à combustible solide. L’Autorité de Sureté Nucléaire veut même changer le statut de la réserve française de thorium. Selon leur avis n° 2014-AV-0202 du 6 février 2014, "les matières thorifères doivent être, dès à présent, requalifiées en déchets radioactifs"

Ce qui motive les chinois est la séduisante possibilité d’utiliser le thorium dans un combustible liquide – une sorte de "soupe" de sels de fluorure fondus. Cette technologie fondamentalement différente a le potentiel de rendre la fission nucléaire moins chère et plus sûre, fiable, durable et propre. Les combustibles liquides peuvent être adaptés pour utiliser le thorium, l’uranium ou le plutonium, tout en générant moins de déchets radioactifs. La France a une vraie expertise dans ce domaine, pour l’instant inexploitée, grâce au travail d’une équipe du CNRS à Grenoble et à Orsay.

En période de pollution atmosphérique, un écran de fumée n’est pas le bienvenu. Si l’équipe chinoise parvient à développer un système d’énergie nucléaire à combustible liquide, il y a un vrai risque d’élimination de l’industrie nucléaire française, tellement cette technologie de rupture a le potentiel de surpasser la technologie actuelle. Le déni de ce potentiel est une stratégie dangereuse.

Image : South China Morning Post

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.

TAP

La 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 réacteur

Avec 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

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

Une version de cet article en anglais est disponible ici.