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).

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Le réacteur MSFR britannique

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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.

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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.

新年快乐, équipe TMSR !

C’est le Nouvel An en Chine, et l’année de la chèvre pourrait être historique pour l’équipe à Shanghai qui travaille pour développer le premier réacteur à sels fondus du monde à fonctionner depuis 1969.

Energie du Thorium a écrit à Xu Hongjie, le directeur du programme TMSR* au SINAP**, pour poser des questions sur l’avancement.

TMSR    Xu Hongjie

Lettre ouverte à Xu Hongjie, directeur du programme TMSR, SINAP

Cher Dr. Xu,

Ce courriel est pour souhaiter une très bonne année à vous et à toute l’équipe de TMSR.

Partout dans le monde, dans la communauté grandissante des réacteurs à sel fondus, il y a beaucoup de questions au sujet de ce programme passionnant :

  • Quand le premier réacteur (TMSR-SF1) est-il prévu d’atteindre la criticité ?
  • Comment progresse la construction du site du réacteur à Dafeng ?
  • Le réacteur TMSR-SF1 sera-t-il lié à un réacteur chimique pour la production de méthanol ?
  • Combien de personnes travaillent actuellement sur le programme ?
  • Quel est le budget global du programme ?
  • Y a-t-il toujours un soutien politique fort pour le programme, après la démission de Jiang Mianheng ?
  • La conception pour le premier réacteur à combustible liquide est-elle terminée ?
  • Quelle est la visibilité pour le coût du carburant, des capitaux et de l’énergie produite pour les technologies TMSR (combustibles solides et liquides) ?
  • Comment l’équipe est-elle organisée de telle sorte que les physiciens travaillent efficacement avec les chimistes ?
  • Dans le cadre du partenariat avec CNNC, quel sera le premier réacteur à être construit par la CNNC, et quand ?
  • SINAP a un partenariat avec le laboratoire ANSTO en Australie. Y a-t-il d’autres partenariats pour la R&D sur TMSR en dehors de la Chine ?

En 2015, avez-vous un plan de communication ? Comptez vous présenter les progrès de TMSR à la conférence ThEC15 à Mumbai, Inde en Octobre, ou à toute autre conférence en 2015 ?

Est-il prévu que TMSR soit présenté par la Chine comme une solution au changement climatique lors de la conférence climatique COP 21 à Paris en Décembre 2015 ?

Espérons que l’année de la chèvre apportera de grands progrès dans la technologie des réacteurs à sels fondus. Bonne chance à vous et à toute votre équipe.

Meilleures salutations,

John Laurie
http://energieduthorium.fr

 

En attendant la réponse de Dr. Xu, sa présentation à la conférence ThEC13 au CERN à Genève en 2013 donne des informations intéressantes pour ceux qui voudraient connaître plus sur ce programme.

Le courriel, tel qu’il a été envoyé en anglais, est ici.

(新年快乐 = Bonne année)

* TMSR = Thorium Molten Salt Reactor –> Réacteur à Sels Fondus au Thorium

** SINAP = Shanghai Institute of Applied Physics –> Institut de physique appliquée de Shanghai

Photo de Xu Hongjie : http://www.icri2014.eu/speakers/xu-hongjie

La cerise sur le gâteau

Si le thorium est si prometteur, pourquoi la France ne le fait pas ?

En novembre, le CEA a publié un article sur son site pour expliquer aux jeunes l’essentiel sur… une filière nucléaire au thorium.

Cliquez sur l'image pour l'article

Cet article entre directement dans le vif du sujet :

« le développement de réacteurs utilisant le thorium ne présente pas d’intérêt technico-économique sur le court ou le moyen terme ».

Et si c’est le CEA qui le dit, ils ont forcément raison. Donc voilà, pour tous les jeunes qui voyaient un nouvel espoir pour le climat et l’industrie nucléaire française, le débat est clos.

Mais attendez, lisons jusqu’au bout :

« LE THORIUM EST ENVIRON QUATRE FOIS PLUS ABONDANT QUE L’URANIUM »

– oui, effectivement.

« POUR AMORCER UN RÉACTEUR AU THORIUM, IL FAUT DE L’URANIUM »

– ouais, ou bien du plutonium, ou un mélange d’actinides mineurs.

« L’UTILISATION DU THORIUM REQUERRAIT DEUX FILIÈRES DISTINCTES »

– ah bon ? Attendez, qu’est-ce qu’ils disent là ?

« Le retraitement des combustibles usés au thorium … nécessite le développement … d’un procédé spécifique (procédé thorex) »

Ah oui ! mais ils parlent des combustibles SOLIDES !!! c’est ça en fait, la traduction de « sur le court ou le moyen terme ». Et il faut aller jusqu’à la dernière phrase du dernier paragraphe pour lire que :

« Le développement de réacteurs à sel fondu utilisant du thorium est étudié par le CNRS. »

Pas par le CEA ! Dommage, car c’est bien la transition de combustibles solides à des combustibles LIQUIDES qui peut amener une véritable révolution dans l’industrie nucléaire.

Cerise

Il est vrai que le thorium n’est pas une panacée. On peut très bien faire fonctionner un réacteur à sels fondus avec de l’uranium, du plutonium ou même avec les « déchets » des réacteurs actuels.

Mais il est vrai aussi que le meilleur réacteur à sels fondus qu’on peut imaginer serait bien alimenté par du thorium.

Et c’est pour ça que les deux sont souvent cités ensemble. Mais la plupart des bénéfices viennent du changement d’état du combustible : solide –> liquide. Par exemple, dans un réacteur à sels fondus les produits de fission gazeux se séparent du combustible tout seuls. Ils forment des bulles dans le sel liquide et peuvent être extraits avec un bullage d’hélium – un principe démontré par le réacteur expérimental à sels fondus en 1965. Cet avantage considérable (comme d’autres) est impossible avec un combustible solide.

En tout cas, la France bénéficie d’une politique très claire sur les réacteurs à combustible liquide :

Peut pas

…qui est illustrée par cette courte vidéo (un extrait d’une vidéo SFEN sur les réacteurs de génération IV)

Hmmm. On comprend maintenant pourquoi dans l’article du CEA on parle d’un « intérêt potentiel à très long terme ».

Bien sûr qu’un réacteur comme ASTRID serait beaucoup plus durable qu’un réacteur à eau pressurisée, mais si l’énergie produite n’est pas moins chère que celle du charbon (et le gouvernement pense que « Il n’est cependant pas acquis aujourd’hui que les objectifs fixés puissent être atteints à un coût raisonnable.« ), il sera difficile de convaincre les gens, en France et à l’étranger, de faire le saut de fossile à fissile. La Chine et le Canada ont compris les avantages des réacteurs à sels fondus. Seront-ils les futurs rois de la #FissionLiquide ?

Maquette du réacteur ASTRID sur le stand CEA du World Nuclear Exhibition, Le Bourget, octobre 2014

Maquette du réacteur ASTRID sur le stand CEA du World Nuclear Exhibition, Le Bourget, octobre 2014

Il est vrai que la France a un grand retour d’expérience avec les réacteurs à combustible solide refroidis par l’eau ou le sodium. Il est vrai que développer une nouvelle technologie, très différente de l’actuelle, est quelque chose de difficile. Mais ce n’est pas parce que c’est difficile qu’il ne faut pas le faire.

Enlevons les oeillères – dans la quête d’une planète à l’énergie abondante et au climat stable, il faut investir dans les solutions à réel potentiel. Espérons que les jeunes seront plus ouverts à l’innovation que le CEA.

2014 – une année chaude

L’année 2014 se classe comme la plus chaude sur la Terre depuis 1880, selon deux analyses distinctes par des scientifiques de la NASA et la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). 2014_températures_couleur Les dix années les plus chaudes dans les relevés instrumentaux, à l’exception de 1998, ont maintenant eu lieu depuis 2000.  Le réchauffement à long terme de la planète est une tendance qui se poursuit, selon une analyse des mesures de température de surface par des scientifiques de l’Institut Goddard de la NASA d’Etudes Spatiales (GISS) à New York. Dans une analyse indépendante des données brutes, également publiée vendredi, des scientifiques de la NOAA ont également trouvé que 2014 était l’année la plus chaude jamais enregistrée. NOAA températures Depuis 1880, la température moyenne à la surface de la Terre s’est réchauffée d’environ 0,8 degrés Celsius, une tendance qui est largement liée à l’augmentation du dioxyde de carbone et d’autres émissions anthropiques dans l’atmosphère de la planète. La majorité de ce réchauffement s’est produite dans les trois dernières décennies.

Beaucoup de personnes seront préoccupées par la confirmation de cette tendance, mais choisiront de l’ignorer, ne voyant aucune solution viable pour y remédier.

shadok-pasdeprobleme

Mais quand on découvre qu’il est possible de faire de l’énergie nucléaire avec des combustibles liquides, avec une technologie éprouvée qui permet une production fiable, moins chère que le charbon, intrinsèquement sûre, durable et propre, on a tendance à regarder le problème du réchauffement climatique de plus près – et à partager l’avis des climatologues : le réchauffement climatique représente le plus grand problème de l’humanité au 21ème siècle.

S’il y a un problème, c’est qu’il y a des solutions.

  • Utiliser moins d’énergie, c’est bien, mais ça ne permettra pas d’atteindre zéro émissions de CO2.
  • Produire de l’énergie avec des sources renouvelables, c’est bien aussi, mais ça ne permettra pas de produire les énormes quantités d’énergie nécessaires au fonctionnement d’une société moderne et prospère.
  • Entre les deux, il faut choisir : fossile ou fissile.

Pour aller vers un système d’énergie à zéro carbone, la fission s’impose. Mais pour la faire correctement et efficacement il est nécessaire, et urgent, de changer de technologie.

Si la France veut être sérieuse avec sa transition énergétique et se positionner comme acteur incontournable dans la lutte contre le réchauffement climatique, sa politique actuelle de « veille technologique » pour les réacteurs à sels fondus est totalement inadéquate.