Les développeurs de petits réacteurs modulaires espèrent que leur heure est venue

NPUISSANCE UCLÉAIRE n’a jamais tout à fait tenu ses promesses. Les réacteurs se sont révélés beaucoup plus chers que prévu. Les accidents et les fuites lui ont donné la réputation d’être risqué malgré ses références zéro carbone. (Les tentatives visant à souligner que l’énergie au charbon tue beaucoup plus de personnes que la variété nucléaire n’ont pas réussi à convaincre de nombreux électeurs.) La part du nucléaire dans la production mondiale d’électricité est passée de 17,5 % en 1996 à 10,1 % en 2020.

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Mais les gouvernements engagés dans des objectifs ambitieux en matière de changement climatique ont donné un second regard à la technologie. En janvier, l’Union européenne a ajouté le nucléaire à une liste de projets éligibles à la finance verte. L’invasion de l’Ukraine par la Russie, quant à elle, a fait grimper les prix des combustibles fossiles et placé la sécurité énergétique en tête de l’agenda politique en Europe, qui dépend actuellement fortement du gaz naturel russe. L’industrie nucléaire estime avoir la réponse : une nouvelle génération de petits réacteurs modulaires (SMRs), conçu pour être moins cher, plus rapide et moins risqué financièrement à construire.

En 2019, la Russie a connecté le Akademik Lomonossov—un bateau expérimental SMR— à son réseau électrique. La Chine, qui a plus de gros réacteurs en construction que partout ailleurs, espère avoir son premier réacteur commercial SMR opérant à Hainan d’ici 2026. L’année dernière, le gouvernement britannique a déclaré qu’il accélérerait les plans de construction de 16 SMRest conçu par Rolls-Royce. NuScale Power, une firme américaine, espère que son premier SMRqui sera construit au Laboratoire national de l’Idaho, fournira de l’électricité d’ici 2029. L’Agence internationale de l’énergie atomique en compte “environ 50” SMR des conceptions sont en cours d’élaboration dans le monde entier.

De Henry Ford et de la fission

Comme le nom le suggère, SMRs sont plus petits que les centrales nucléaires standard. Généralement, ils sont destinés à produire moins de 300MW d’électricité, environ un cinquième de ce qu’un réacteur standard pourrait gérer. Leur taille signifie que, comme pour les voitures, les grille-pain et les boîtes de conserve, leurs développeurs visent à utiliser la production de masse dans les usines pour réduire les coûts.

« Dans un grand réacteur typique, vous assemblez la plupart des choses sur le terrain », explique Chris Colbert, directeur de la stratégie de NuScale Power. “Vous pourriez avoir 8 000 personnes travaillant sur le site.” NuScale, avec des usines conçues pour produire 77MW d’électricité, espère déplacer autant de ce travail que possible dans des usines spéciales, pour un assemblage ultérieur sur place. Les usines offrent une protection contre les retards météorologiques, dit-il. Et avoir un approvisionnement régulier en travail au même endroit signifie qu’il n’est pas nécessaire de former un nouveau lot de travailleurs de la construction pour chaque usine. “Quelque chose qui prend 17 heures dans un champ peut ne prendre qu’une seule heure dans une usine”, dit-il. Au lieu d’immobiliser du capital pendant des décennies pour construire une grande usine, les clients pourraient voir un retour sur investissement beaucoup plus tôt.

La conception de NuScale comprend une cuve de réacteur en forme de losange de 23 mètres de haut qui se trouve dans une piscine souterraine d’eau de refroidissement revêtue d’acier (voir schéma) et est coiffée par un bâtiment de réacteur en béton armé. Plusieurs centrales peuvent être combinées dans une grande centrale électrique, ou quelques-unes utilisées pour fournir de l’électricité à un seul site. Une telle modularité implique également une redondance, puisque les réacteurs individuels peuvent être éteints pour le ravitaillement tandis que les autres continuent de fonctionner.

Aller petit offre également des opportunités de simplifier la conception, ce qui aide à maintenir les coûts bas. L’eau de refroidissement de l’usine de NuScale circule à travers le cœur par simple convection, ne nécessitant aucune pompe ni pièce mobile. Et la petite taille, dit M. Colbert, apporte également des avantages en matière de sécurité. Même si le refroidissement interne devait échouer, l’eau externe du bassin a une capacité suffisante pour absorber la production de chaleur du petit réacteur. Outre son usine putative dans l’Idaho, NuScale a vu des manifestations d’intérêt du Kazakhstan, de la Pologne et de la Roumanie.

Autre SMRs étirer la définition de « petit ». Les Rolls-Royce sont conçues pour produire 470MW d’électricité – plus que la plupart des centrales nucléaires Magnox de première génération que la Grande-Bretagne a commencé à construire dans les années 1950. Cela nécessite les types de systèmes de sécurité active que l’on trouve dans les centrales nucléaires ordinaires, tels que les pompes de refroidissement et les générateurs de secours pour assurer un fonctionnement constant en cas de problème. Cela ajoute de la complexité, et donc du coût.

Mais la plupart des analystes estiment qu’une taille plus grande signifie des économies d’échelle, et donc une puissance moins chère. “La raison pour laquelle nous sommes à 470MW c’est la puissance maximale que nous pouvons tirer de notre empreinte, tout en gardant chaque composant adapté à un camion », déclare Alastair Evans, porte-parole de Rolls-Royce. L’entreprise espère que, quand et si sa ligne de production est opérationnelle, chacun de ses jumbo SMRs devrait coûter 1,8 milliard de livres sterling (2,4 milliards de dollars) et prendre environ quatre ans à construire. Il a suscité l’intérêt de l’Amérique, de la République tchèque et de la Turquie.

NuScale, Rolls-Royce et la China National Nuclear Corporation, qui construit l’usine de Hainan, s’en tiennent à des conceptions éprouvées. Toutes leurs centrales proposées sont des réacteurs à eau légère (LWRs), qui utilisent de l’eau ordinaire à la fois pour refroidir le cœur et pour modérer la vitesse de la réaction nucléaire en chaîne. Étant donné que la plupart des réacteurs existants dans le monde sont également LWRs, ils espèrent que s’en tenir à la même conception générale accélérera les approbations réglementaires. (La conception de NuScale a été approuvée par la Nuclear Regulatory Commission américaine en 2020, quatre ans après sa soumission.)

D’autres conceptions sont plus exotiques, s’appuyant sur du plomb ou du sodium fondu, ou de l’hélium gazeux, au lieu de l’eau, pour refroidir leurs noyaux. X-Énergie et tu-Battery, respectivement américain et britannique, parie sur des réacteurs miniatures refroidis à l’hélium. Ceux-ci fonctionnent à des températures beaucoup plus élevées que LWRs. L’hélium dans tu-Le réacteur de Battery atteindra des températures d’environ 750°C, explique Tim Abram, l’ingénieur en chef de la firme.

Cela signifie que, outre l’électricité, ces réacteurs pourraient également vendre de la chaleur. De nombreux processus industriels fonctionnent à des températures élevées. Pour le moment, cela provient principalement de la combustion de combustibles fossiles. tu-Battery espère que ses réacteurs pourraient un jour trouver une place dans des industries allant du verre et de la céramique à l’acier, au ciment et au papier. Ils pourraient même, selon M. Abram, être utilisés pour produire de l’hydrogène pour le stockage de l’énergie via un processus appelé fractionnement thermochimique, qui utilise la chaleur plutôt que l’électricité pour scinder l’eau en oxygène et en hydrogène.

Tout a l’air bien sur le papier. Mais l’histoire conseille un certain scepticisme. Tentatives précédentes de construction commerciale SMRs, datant des années 1960, ont sombré sur les rochers jumeaux de l’économie et de la technologie. Selon MV Ramana, physicien à la School of Public Policy and Global Affairs de l’Université de la Colombie-Britannique, la plus grande difficulté est que les petits réacteurs démarrent avec un désavantage par rapport à leurs grands cousins. Le coût de construction d’un réacteur augmente plus lentement que sa puissance, dit-il. Toutes choses étant égales par ailleurs, plus gros signifie moins cher.

Reste à savoir si la production de masse peut surmonter cet inconvénient. L’usine de Nu Scale dans l’Idaho est financée en partie par une subvention fédérale. Mais les coûts ont augmenté, explique le Dr Ramana, passant de 3,6 milliards de dollars en 2017 à 6,1 milliards de dollars en 2020. Plusieurs partenaires commerciaux de l’entreprise se sont retirés du projet en 2020. Ce n’est pas encourageant pour une technologie qui doit rivaliser avec des investissements à faible émission de carbone. l’énergie solaire et éolienne dont les coûts continuent de baisser.

Si au début vous ne réussissez pas…

Cependant, l’énergie nucléaire semble aujourd’hui moins chère qu’elle ne l’était. Une grande centrale en construction en Grande-Bretagne, sur la côte du Somerset, a dû se voir promettre un prix de l’électricité lié à l’inflation à partir de 92,50 £ par mégawattheure en 2013. À l’époque, cet accord avait été condamné comme trop cher. Mais au milieu des pénuries de gaz et d’une pénurie de vent, les coûts de l’électricité britanniques ont été au-dessus de ce niveau pendant la majeure partie des six derniers mois.

L’Agence internationale de l’énergie souligne qu’une fois que le besoin de stockage ou de production de secours est pris en compte, les énergies renouvelables sont plus chères que ne le suggère leur prix affiché. Et, comme le montre l’invasion de l’Ukraine par la Russie, la politique énergétique doit peser des facteurs au-delà du comptage des haricots. Qu’il s’agisse SMRs peuvent contribuer à redonner de l’attrait au nucléaire reste à voir. Mais il est peu probable que leurs défenseurs aient une meilleure chance de faire valoir leurs arguments.

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Cet article est paru dans la section Science et technologie de l’édition imprimée sous le titre “Centrales électriques de la taille d’une pinte”

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