SMR / Mini réacteurs : un atout pour le nucléaire
L’arrivée de nouvelles générations de réacteurs, comme les petits réacteurs modulaires type SMR ou les réacteurs dits « innovants » tels les AMR, va faire entrer le nucléaire dans une nouvelle ère. Plus petits, moins puissants et moins coûteux à fabriquer, ils sont porteurs d’innovation et pourraient avoir de nouveaux usages, au-delà de la fourniture d’électricité, comme la production de chaleur.
Un engouement mondial pour les SMR et les AMR
Les SMR* et les AMR**sont des petits réacteurs
modulaires de faible puissance, comprise généralement entre 20 et 300 MWe par unité, alors que les réacteurs actuels pour la production d’électricité ont en général une puissance entre
900 MWe et 1650 MWe pour les EPR. Les SMR sont en grande majorité des réacteurs à eau légère, comme les réacteurs en fonctionnement, alors que les technologies des AMR sont de nature très variée.
Leur particularité commune est d’être modulaire : les différentes parties sont en effet conçues pour être fabriquées en série en usine et assemblées ensuite sur site.
Plus compacts, moins longs et moins coûteux à fabriquer mais sûrs, ces réacteurs de faible puissance viennent compléter l’offre nucléaire de forte puissance.
Par leur taille, les SMR et AMR contribueront à déployer plus rapidement une énergie bas carbone dans le monde. Ils sont complémentaires des réacteurs de grande à moyenne puissance
Ces nouvelles générations de réacteurs rencontrent un fort engouement mondial. L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) recense en 2022 + de 80 projets de SMR et AMR dans le monde, notamment aux États-Unis, au Canada, en Chine, en Russie et au Royaume-Uni.
Parmi les nombreux projets de SMR en cours d’élaboration, citons NuScale et Holtec aux États-Unis, Rolls-Royce au Royaume-Uni, le RITM-200 russe, l’ACP 100 chinois, le modèle iSMR coréen et NUWARDTM en France.
Dans le cadre du plan de relance du programme nucléaire français annoncé par le président Macron en février 2022, des investissements à hauteur d’un milliard d’euros seront alloués au développement de réacteurs de petite taille innovants.
SMR et AMR : des fonctionnalités prometteuses
La vocation de ces mini réacteurs n’est pas de remplacer les centrales de grande taille mais de produire une électricité bas carbone, sûre et compétitive, en s’intégrant dans les réseaux électriques de plus petite taille et dans des zones reculées, avec la promesse d’une autonomie énergétique. Ainsi, les SMR et les AMR pourront remplacer les centrales à charbon, fortement émettrices de CO2, dans de nombreux pays. Ils visent également à approvisionner en électricité des complexes industriels, gros consommateurs en chaleur et en électricité, comme par exemple la sidérurgie, la pétrochimie et la métallurgie.
Le marché des SMR et des AMR est d’ampleur puisque dans les pays ouverts au nucléaire civil, plus de 3 300 tranches charbon devront être remplacées d’ici 2050.
Mais en plus de la fourniture d’électricité, ces nouvelles générations de réacteurs vont permettre d’autres usages, comme celui de produire de la chaleur. Un atout pour les industriels cherchant à décarboner leurs besoins en chaleur actuellement pourvus par le gaz. Ils peuvent ouvrir également d’autres fonctionnalités comme produire de l’eau douce en alimentant des usines de dessalement, décarboner la production d’hydrogène et fournir des carburants de synthèse. Le chauffage urbain est aussi l’une des possibilités offertes par les SMR et les AMR, comme en témoignent les études réalisées en Finlande pour remplacer les réseaux de chauffage urbain par des SMR, réduisant ainsi l’usage d’énergies fossiles.
Au-delà de leur flexibilité et de leur modularité, les concepts prometteurs des petits réacteurs innovants pourront produire de l’électricité et de la chaleur.
En France, le projet NUWARDTM qui vise à déployer un SMR de puissance 340 MWe destiné à l’export, est entré dans sa phase industrielle. Équipé de 2 petits réacteurs modulaires, il vise à être déployé dès 2030
SMR : un déploiement d'ici 2030
Les premiers exemplaires des modèles de SMR les plus matures, fondés sur les technologies de 3ème génération, sont attendus d’ici 2030. Au-delà des aspects techniques, l’enjeu du déploiement des SMR et des AMR repose sur leur sûreté et leur capacité à gérer les combustibles usés.
Côté sécurité, leur petite taille permet d’intégrer des systèmes de sûreté passifs, respectant toutes les exigences de sûreté des réacteurs de 3ème génération. L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) ainsi que les autorités de sûreté nationales surveillent étroitement le processus de certification des SMR et des AMR ainsi que l’harmonisation des standards de sûreté au niveau européen et international.
Côté gestion des combustibles usés, la maîtrise du traitement et du recyclage des combustibles des réacteurs en fonctionnement est une opportunité pour les SMR. Pour les AMR, la gestion de la fin de cycle du combustible est intégrée dès la conception. Certains d’entre eux permettront notamment de réduire le volume et la radiotoxicité des déchets à long terme.
La promesse des petits réacteurs avancés (AMR**)
Les petits réacteurs dit « innovants » ou de « 4ème génération » (GEN4)
sont des réacteurs de technologie avancée, encore au stade de la recherche ou du prototype. Ils diffèrent des réacteurs à eau légère par l’usage de nouveaux types de combustibles et une plus haute
température. Avec pour certains, la promesse de diminuer la production de déchets nucléaires.
Il existe plusieurs concepts de réacteurs avancés parmi lesquels les réacteurs au sodium (refroidis au sodium liquide), les réacteurs à très haute température (portée entre 800° à 900°), les réacteurs à eau supercritique (entre l’état gazeux et liquide), les réacteurs au plomb (refroidis au plomb liquide) ou encore les réacteurs à sels fondus*** (combustible liquide sous la forme d’un sel fondu à haute température).
Les réacteurs à sels fondus (RSF)
Très prometteur, le réacteur à sels fondus présente un fort rendement énergétique, une flexibilité d’utilisation, et surtout lorsqu’ils sont utilisés en spectre neutronique rapide, une capacité à brûler les actinides mineurs, qui sont considérés jusqu’à présent comme des déchets car non recyclés. Ce concept ouvre véritablement de nouvelles perspectives pour réduire le volume et la radiotoxicité des déchets à vie longue. Bien que la faisabilité de cette technologie ne soit pas encore acquise, Orano contribue activement à l’émergence de ces nouveaux types de réacteurs en coopérant avec des écosystèmes de start-up et de partenaires notamment en France, aux Pays-Bas et aux États-Unis.
Une start-up américaine, TerraPower, développe depuis plusieurs années un réacteur à sels fondus (RSF) et à spectre rapide, le MCFR (Molten Cloride Fast Reactor). En association avec l’électricien Southern Company, la société Corepower et Orano, TerraPower a remporté fin 2020 un appel à projet du DOE dont l’objectif est de construire une maquette critique. Le MCRE (Molten Chloride Reactor Experiment) sera ainsi le premier petit RSF à spectre rapide au monde, devant être opérationnel vers 2025-2026.
Un horizon à 2040-2050 ?
Il faudra attendre 2040, voire 2050, pour la disponibilité industrielle et commerciale des réacteurs de 4ème génération. Ce qui est certain, c’est que le foisonnement des initiatives au niveau mondial, le volume sans précédent des investissements ou encore la concurrence qui s’installe entre les développeurs, provoqueront des ruptures technologiques et une possible accélération des phases de design et de mise au point.
Quels combustibles pour les réacteurs innovants ?
Il existe de multiples familles de combustibles, adaptés aux différents types de réacteurs de 4ème génération.
Selon les technologies des réacteurs, la nature des matières fissiles que leurs combustibles contiennent, leur forme chimique ou encore leur géométrie vont être très variées. Ainsi des combustibles à
base de HALEU (uranium faiblement enrichi), de plutonium, voire d’autres actinides sous formes solide (pastilles d’oxyde, métal, billes TRISO), ou liquide (sel fondu) pourront voir le jour.
Expert du cycle du combustible, Orano souhaite accompagner le développement des nouveaux concepts de réacteurs en leur fournissant un combustible dont les propriétés permettront d’atteindre un niveau de sûreté satisfaisant et un coût de production compétitif
*SMR : small modular reactor - petit réacteur modulaire
**AMR : advanced modular reactor - réacteur modulaire avancé
***RSF/MSR : molten salt reactor - réacteur à sels fondus
Crédit photo © EDF
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