Pourquoi le nom de ce blog doit changer

Depuis mai 2012, le blog « Energie du Thorium » a permis aux francophones de suivre la croissance du mouvement mondial en faveur du thorium et des réacteurs à sels fondus.

Après 75 articles, Energie du Thorium devient « Fission Liquide ». Changer le nom d’un blog n’est pas une mince affaire – alors pourquoi le faire ?

En soi, promouvoir l’utilisation du thorium en tant que source d’énergie est tout à fait louable. Il est 3 à 4 fois plus abondant dans la croûte terrestre que l’uranium, il est bon marché, son cycle de combustible produit moins de déchets problématiques comme le plutonium. Dans le futur, les humains auront besoin du thorium.

Mais sans une machine pour extraire son énergie, le thorium est inutile. Comme pour tout système d’énergie, la machine est plus importante que son combustible. Ce n’est pas la découverte du charbon qui a été à l’origine de la révolution industrielle. C’est l’invention par James Watt d’une machine à vapeur qui fournissait de l’énergie moins chère que les autres sources d’énergie disponibles à l’époque, comme la force des bêtes ou les moulins à eau et à vent.

De la même manière, la première ère nucléaire n’a pas commencé en 1789 avec la découverte de l’uranium. Elle a commencé à Chicago en décembre 1942 avec la première réaction en chaîne artificielle.

L’humanité était alors en plein milieu de la plus grande guerre de son histoire, et le projet Manhattan a été rapidement mis en place pour fabriquer des armes nucléaires. En 1943 les nouveaux arrivants au Laboratoire national de Los Alamos ont été présentés avec un court précis technique, le « Los Alamos Primer » qui illustrait avec des croquis comment fabriquer une bombe à fission et les différents concepts en étude.

Ces concepts ont un point en commun – ils utilisent tous de la matière fissile solide. Fabriquer cette matière était la priorité numéro un du projet Manhattan. Les dépenses du projet au 1^er octobre 1945 étaient de 1,845 milliard de dollars, dont plus de 90 % furent consacrés à la construction des usines et à la production des matières fissiles tandis que le développement et la production des armes ne représenta que 10 % du total.

 

Avec la fin de la guerre en 1945, une nouvelle question se posait : comment utiliser les connaissances acquises et les technologies développées à travers cette dépense militaire énorme, pour le bénéfice de l’humanité ?

Mauvaise question.

Certains experts du projet Manhattan comme Eugene Wigner et Alvin Weinberg ont protesté qu’une machine pour produire une énergie nucléaire fiable, sûre, propre, durable et bon marché devait davantage profiter des techniques de la chimie, lesquelles nécessitent l’utilisation de combustibles liquides. Protestations futiles –  l’inertie des humains et des capitaux a entrainé l’humanité sur le chemin de la fission solide pour sa production d’énergie nucléaire.

En 2016 tous les systèmes d’énergie nucléaire en service utilisent des combustibles solides. Dans le conflit économique qui oppose fossile et fissile, le climat est pris en otage et l’énergie fissile se fait lentement massacrer. Pour réaliser tout son potentiel dans la lutte contre le réchauffement climatique et dans la relance de la prospérité humaine, la fission nucléaire doit être moins chère que le charbon.

Toutes les technologies ont un seuil de coût minimum, qui émerge après d’importants efforts d’ingénierie. Un changement technologique fondamental est la seule manière de baisser ce seuil.

Le seuil de coût de la fission solide a augmenté en raison de changements réglementaires, certains légitimes, d’autres dus à l’hystérie, mais tous sont encouragés par l’industrie des combustibles fossiles. Ce seuil semble se stabiliser un peu au delà de celui des énergies fossiles.

Pour la fission liquide, le seuil de coût bénéficie de plusieurs avantages importants. Premier sur la liste est la possibilité d’un nouveau dialogue avec les autorités de sûreté concernant les produits de fission : les isotopes dangereux sont confinés chimiquement dans le combustible sous forme de sels liquides, dès qu’ils sont produits, ce qui élimine un danger qui fait peur à tout le monde (à un degré plus ou moins important) – la fuite de gaz radioactifs dans l’atmosphère. Le résultat de plusieurs estimations crédibles est que le seuil de coût pourrait être moins cher que les combustibles fossiles. C’est une très, très grosse affaire.

La fission liquide, c’est rompre avec le passé militaire de la technologie nucléaire, c’est travailler sur l’élimination intrinsèque des dangers, c’est mettre le marché avant la technologie et les études économiques avant les études neutroniques, c’est repositionner la fission à l’interface de la physique et de la chimie, c’est la possibilité de résoudre des décennies de conflit entre les groupes pro- et anti-nucléaire.

C’est répondre à la bonne question, qui aurait dû être posée en 1945 : pour la prospérité des humains et la protection de l’environnement, quelle est la meilleure technologie possible pour exploiter l’énergie de la fission nucléaire ?

La fission liquide est une famille de technologies qui ont des combustibles nucléaires à l’état liquide. Certaines branches de cette famille utilisent le thorium comme source d’énergie et d’autres utilisent l’uranium. Alors même que le meilleur réacteur à sels fondus imaginable serait alimenté par du thorium, il y a de nombreuses voies pour arriver à ce but ultime. Le thorium n’est pas une panacée – les bénéfices d’un combustible liquide sont bien plus importants que les bénéfices du thorium versus l’uranium.

Quand l’humanité aura maitrisé la fission liquide, le thorium sera la cerise sur le gâteau. Il faut cuire le gâteau avant de poser la cerise !

Voilà pourquoi il est devenu nécessaire de changer le nom de ce blog. Si vous êtes venu pour le thorium, restez pour le réacteur. L’aventure continue sur le domaine fissionliquide.fr et sur Facebook et Twitter.

Le Réacteur à Sels Stables au Bourget

Moltex Energy est une entreprise privée britannique, créée pour résoudre le défi le plus pressant du monde: l’énergie propre, sûre et bon marché.

Cette société comme aucune autre dans le nucléaire, exploite une percée scientifique majeure et les dernières technologies afin de développer des réacteurs nucléaires radicalement meilleurs pour alimenter la planète en énergie sûre, propre et économique au 21e siècle.

Moltex Energy exposera son concept de Réacteur à Sels Stables à l’édition 2016 du World Nuclear Exhibition, du mardi 28 au jeudi 30 juin au parc des expositions du Bourget.

Cette technologie est née d’une volonté de simplifier et réduire le coût de l’énergie nucléaire, en exploitant les avantages intrinsèques de sécurité offertes par un combustible nucléaire liquide.

Mais le Réacteur à Sels Stables est différent des autres réacteurs à sels fondus. Son combustible est un liquide statique contenu dans des tubes, dans des assemblages très similaires à ceux d’un réacteur nucléaire classique.

Pour découvrir cette technologie, la vidéo suivante est sous-titrée en français :

L’architecture du réacteur est explorée dans cette visite interactive, également sous-titrée en français :

La volonté de valoriser l’innovation est un élément clé de l’édition 2016 du WNE. Un espace « Innovation Planet » dédié aux start-up et aux sociétés innovantes nouvellement créées se tiendra au cœur du salon.

Moltex sera présent sur le stand 2B-H79/H80 avec une maquette physique de leur concept modulaire, déjà exposée le 1 et 2 juin à la réunion CEM7 (Clean Energy Ministerial) accueillant les ministres de l’énergie de nombreux pays à San Francisco aux États-Unis.

Pour rencontrer et discuter avec Moltex Energy ainsi que 653 autres exposants, l’accès au World Nuclear Exhibition est gratuit, avec inscription obligatoire. Vous pouvez commander votre badge ici.

 

Présentation à l’I.R.C.E. : Fission Liquide et Éco-modernisme

L’Institut de Recherche et de Communication sur l’Europe (I.R.C.E.) est un organisme associatif indépendant de loi 1901 travaillant sur les dynamiques européennes, de nature apolitique, indépendante et généraliste.

Dans le cadre des dîners LUNAR SOCIETY de l’I.R.C.E. de la recherche et de l’innovation européenne, John Laurie a donné une présentation le 23 mai 2016 avec le titre « Fission Liquide et Eco-modernisme ».

Vous trouverez ci-dessous la présentation en format .pdf, ainsi que sa transcription en format Word.

 

Cette présentation suggère qu’au 21ème siècle une nouvelle technologie de production d’énergie nucléaire émergera basée sur les combustibles liquides et leurs avantages intrinsèques de sûreté et de coût. Et que cette technologie sera accueillie à bras ouverts par des éco-modernistes, qui savent que la seule façon de progresser dans notre transition énergétique, de donner à chaque humain une qualité de vie décente et d’éviter la menace du réchauffement climatique est de développer une source d’énergie propre, massive et fiable qui est moins chère que le charbon.

 

Animation IMSR

L’architecture du Réacteur Intégral à Sels Fondus, en développement chez Terrestrial Energy, a complètement changé le paradigme technique et économique de l’énergie nucléaire. Les réacteurs actuels, qui coûtent des milliards d’euros, doivent être rentabilisés sur une période la plus longue possible, ce qui est en conflit avec l’usure inévitable des composants du réacteur à cause du flux de neutrons de la réaction en chaîne.

Dans l’architecture de Terrestrial, tous les composants qui vont s’user font partie d’un unité cœur qui est scellé en usine, livré par camion et installé dans la centrale dans un silo sous le niveau de la terre. La sécurité intrinsèque du combustible liquide aux sels fondus a permis à Terrestrial de réduire le coût de cet unité à un point où il peut être rentable avec une durée de vie de juste sept ans. Du coup, les questions sur la durée de vie des matériaux, et sur la corrosion par les sels fondus sont maitrisées.

Des millions de dollars pour la fission liquide

Bill Gates ne perd pas son temps. Le 30 novembre 2015 il a lancé à la conference COP21 à Paris la Breakthrough Energy Coalition, un groupe de 28 milliardaires qui se sont réunis pour investir dans l’énergie propre.

Et le même jour il était aux côtés de 20 chefs d’état pour lancer Mission Innovation. Ces 20 pays vont doubler leurs budgets de recherche dans les énergies propres d’ici 5 ans.

Avec cette nouvelle organisation, quelle technologie d’énergie propre révolutionnaire est en première ligne en Amérique du Nord pour recevoir des fonds privés et publics?

Le Réacteur à Sels Fondus.

Terrapower, l’entreprise start-up soutenue par Bill Gates, a jusqu’alors été focalisée sur le développement d’un Réacteur à onde progressive, avec refroidissement au sodium. Sur leur site internet il est indiqué que « TerraPower prévoit que le réacteur à ondes progressives (TWR) puisse être compétitif en coût avec les réacteurs à eau légère existants« . Mais Gates sait très bien que ce n’est pas suffisant. Pour faire une vraie rupture, une nouvelle technologie nucléaire doit être moins chère que le charbon.

L’atteinte de cette cible serait possible avec un réacteur à sels fondus parce que le profil de sécurité unique offert par un combustible liquide à base de sels chimiquement stables réduit considérablement les hasards associés à l’opération d’un réacteur nucléaire.

L’annonce a été faite le 15 janvier 2016 par le Département de l’Énergie des États-Unis d’une subvention allant jusqu’à 40 millions de dollars, avec une somme initiale de 6 millions de dollars, pour développer le Réacteur Rapide à Chlorures Fondus (Molten Chloride Fast Reactor, MCFR). Terrapower développe ce réacteur avec Southern Company, un des plus grands producteurs d’électricité des États-Unis, et avec la collaboration du Electric Power Research Institute, de l’Université Vanderbilt, et du Laboratoire national d’Oak Ridge.

Mais Bill n’est pas le seul à s’intéresser aux réacteurs à sels fondus outre-atlantique.

Le 8 janvier 2016 la société canadienne Terrestrial Energy a annoncé avoir terminé un tour de financement, pour 10 millions de dollars canadiens. A rajouter à leur premier tour de capital d’amorçage qui a levé environ 1 million de dollars canadiens. Un troisième tour est prévu pour 2016. Terrestrial Energy vient de passer un jalon majeur dans le développement de leur Réacteur Intégral à Sels Fondus, avec l’annonce le 25 février 2016 de leur engagement dans le processus de validation de leur technologie avec la Commission canadienne de sûreté nucléaire. Ils ont publié le 1 mars 2016 une série d’images pour mieux visualiser l’architecture de la technologie :

Et comme Terrapower, Terrestrial Energy a réussi à obtenir un soutien gouvernemental. Le 4 mars 2016, le gouvernement canadien a annoncé une subvention de 5,7 millions de dollars canadiens. Terrestrial Energy a rajouté à cette annonce qu’ils vont fabriquer d’ici septembre 2018 un prototype non-nucléaire de leur réacteur, chauffé électriquement, pour effectuer des essais de validation.

Dans un entretien avec le site internet Nuclear Energy Insider publié le 7 mars 2016, leur directeur général Simon Irish a dit : « La baisse des coûts associée à ce système signifie que le coût moyen actualisé est estimé à $40-$50 / MWh, sur la base d’un réacteur d’une capacité de 300 MWe. »

Et à Boston, l’entreprise Transatomic Power a levé 6,3 millions de dollars de différents investisseurs privés, y compris le Founders fund de Peter Thiel, le financier de PayPal et Facebook. Transatomic développe un réacteur à sels fondus qui serait capable de transformer les déchets issus des réacteurs à eau pressurisée actuels en énergie, et ainsi offrir une solution à la question de la gestion de ces déchets.

Ca commence à faire beaucoup de dollars !

Avec ce niveau d’intérêt, on peut se demander combien de temps encore la France peut continuer à ignorer les avantages de la fission liquide.

Le nucléaire est dans son enfance

Dans une salle de squash abandonnée, sous les gradins du stade de football américain de l’université de Chicago, le 2 décembre 1942 l’humanité a donné naissance à la fission nucléaire.

Les jeunes parents humains de cet enfant tout puissant vivaient en période de guerre. Impressionnés par sa force, à peine sortie de son oeuf ils l’ont envoyé faire son service militaire – l’énergie nucléaire est devenue un enfant soldat à l’âge de deux ans et demi.

On est ce qu’on mange

Les humains sont de l’espèce homo sapiens. Pour s’alimenter ils ont eu l’habitude depuis 200 000 ans de cueillir ce qu’ils trouvaient dans la nature, puis de rejeter les déchets de leur système digestif dans la nature.

Remarquant que leur nouvel enfant avait un goût prononcé pour un isotope rare d’uranium fissile, et à la demande des militaires, les heureux parents ont tout de suite diversifié avec de la nourriture solide. L’énergie nucléaire a donc mangé dès le début un régime de pastilles solides d’oxyde d’uranium, selon une recette de préparation spéciale. Mais les humains étaient désagréablement surpris de trouver que ce qui sortait du système digestif de cet enfant était particulièrement toxique.

Dès sa démobilisation en 1945, les parents de cette jeune énergie ont voulu qu’elle fasse une contribution positive à la société. Ils l’ont donc envoyée à la prestigieuse École des Énergies, pour apprendre à côté des autres énergies comment contribuer à la prospérité de l’humanité et à la protection de l’environnement.

Le nucléaire à l’École des Énergies

Quand ils ont compris l’énorme potentiel de cet enfant, les professeurs de cette école l’ont accueilli à bras ouverts. En particulier, il est rapidement devenu le chouchou des profs de physique, qui lui ont montré des dizaines de filières différentes pour grandir et réaliser son potentiel, à tel point que les autres élèves comme le gaz ou le charbon étaient jaloux et ont commencé une longue campagne de harcèlement contre lui, dans la cour de récréation qui est le marché mondial de l’énergie. Il semblerait que le harcèlement est permis à l’école des énergies, car ni profs ni parents ne sont intervenus pour l’arrêter.

Mais suite à des cours d’ingénierie où il a appris l’importance de la simplicité de conception et l’utilisation des connaissances acquises, une orientation principale a été choisie pour ce jeune – celle du Réacteur à Eau Pressurisée. Il a donc continué avec son régime de nourriture solide, et à l’âge de 73 ans il porte toujours des couches pour confiner ses déchets toxiques et éviter leur dispersion dans l’envionnement où ils seraient dangereux pour les humains et l’environnement.

En de rares occasions où il y a eu des accidents de couche à l’école, les autres énergies en ont profité pour harceler encore plus et humilier le jeune élève – au point que même ses parents ont commencé à avoir des doutes en lui. Avec sa confiance mise à mal, ses résultats scolaires, d’abord prometteurs, ont commencé à décrocher.

Même si cet enfant produit 32% de notre énergie propre, il se révèle un peu fragile. Peut-être faut-il retirer son argent de poche pour le donner aux énergies renouvelables ou à son petit frère la fusion nucléaire ?

Les frais de scolarité à l’École des Énergies sont élevés, et il est en difficulté. Faut-il arrêter son parcours ? (après 73 ans, on parle d’une technologie mature, non ?)

Certains pensent que c’est un enfant du diable et qu’il faut l’abandonner ou même le tuer !

Non.

Le problème n’est pas l’énergie nucléaire – c’est nous, ses parents.

Quand un de nos enfants humains est en difficulté scolaire, on le punit ou on le soutient ? Quand il cherche sa voie pour faire un métier utile, on l’abandonne ou on l’oriente ?  En cas d’accident ou maladie, on le critique ou on l’aide à se soigner ? On se plaint de ce qu’il nous coûte ou on admire son potentiel ?

Un enfant est ce qu’il y a de plus précieux au monde et nous sommes coupables d’une grosse négligence parentale à l’encontre de cet enfant nucléaire. Certes, sa date de naissance n’était pas fortuite – sa carrière militaire courte a forcément laissé quelques troubles psychologiques – mais il a appris sa leçon :

Energie nucléaire : bon. Arme nucléaire : mauvais

La fission nucléaire est tout sauf une technologie mature. Les humains ont commencé à exploiter le charbon il y a 500 ans mais sa consommation continue à croître aujourd’hui. Le Réacteur à Eau Pressurisée est une technologie avec une certaine maturité mais qui est loin d’être en fin de vie. Il y a des centaines d’autres façons de produire de l’énergie avec la fission nucléaire – pour l’instant nous n’avons exploré en profondeur qu’un seul chemin.

Le nucléaire est dans son enfance – son potentiel pour apporter énergie et prospérité aux humains reste énorme. Nous lui avons donné la vie, nous devons le soutenir et l’aider à grandir.

La première chose à changer est son alimentation. Un régime de nourriture liquide à base de sels fondus peut l’aider à mieux digérer, pour nous donner moins de problèmes avec ses déchets. Diversifier avec du thorium pourrait être une option intéressante aussi. Ensuite nous devons soutenir et renforcer sa scolarité, le protéger du harcèlement, et compléter son education avec des études de chimie, d’architecture, de méthodes et d’économie. Ces changements marqueront le début d’une deuxième ère nucléaire.

Pour accélérer notre transition énergétique, le problème n’est pas l’énergie nucléaire – c’est nous.

 

 

Sources des images : 1, 2, 3 (remerciements à M. Shellenberger pour l’idée), 4, 5.

 Cet article a été publié en anglais sur le site « Energy for Humanity« 

Machines à vapeur

Attention ! Question piège :

Qui a inventé la machine à vapeur ?

La réponse ?

Tous ont apporté leur pierre à l’édifice. La nature du développement technologique est ainsi – chaque inventeur se tient sur les épaules des géants qui l’ont précédé.

L’histoire du développement humain est étroitement liée au coût de l’énergie. Les humains chasseurs-cueilleurs de la préhistoire ont besoin d’une grande superficie de terrain pour survivre. Une population plus importante devient possible avec l’agriculture, puis en remplaçant l’énergie mécanique des hommes par celle des animaux de trait. Mais à la fin du moyen âge, l’Europe est confrontée à la catastrophe écologique de la déforestation. On commence alors à exploiter l’énergie thermique de la houille, mais les réserves disponibles près de la surface sont rapidement épuisées.

Thomas Newcomen combine les idées de Denis Papin et Thomas Savery pour inventer en 1712 la première machine à vapeur utilisée commercialement, pour extraire l’eau des mines et permettre une extraction en profondeur.

Avec cette machine thermique les humains sont enfin capables de transformer l’énergie thermique en énergie mécanique. C’est le début de la révolution industrielle.

Le coût de l’énergie issue d’une machine thermique est composé :

• du coût du capital de la machine
• du coût du carburant pour la source de chaleur
• des coûts de fonctionnement

La machine de Newcomen est capable de convertir en énergie mécanique seulement 1,3% de l’énergie dans le charbon qui l’alimente. Avec ce faible rendement, son coût du carburant est très important, mais il faut attendre 58 ans et l’invention de James Watt pour faire mieux.

La genie de Watt est de réaliser que la machine de Newcomen gâche presque trois quarts de l’énergie de la vapeur en chauffant le piston et la chambre. Avec une chambre de condensation séparée, le rendement est plus que doublé. Le coût de la machine étant similaire, l’énergie produite coûte bien moins cher.

Watt s’associe alors avec Matthew Boulton. Les revenus de leur entreprise « Boulton & Watt » sont avant tout générés par les économies en charbon réalisées par les propriétaries des machines.

Pensez-vous que James Watt a inventé la machine à vapeur ?

Source : « Dynamics of Technological Change« , L.A. Girifalco, p.484

L’histoire de la révolution industrielle est une course pour atteindre des rendements toujours plus importants des machines thermiques. C’est vrai que Watt y a largement contribué, mais cette démocratisation du coût de l’énergie qui rend possible la vie moderne est le travail de multiples inventeurs et ingénieurs.

La machine de Newcomen, utilisée uniquement dans les mines, a rapidement été remplacée par celle de Watt. Avec un coût de l’énergie toujours en baisse grâce aux améliorations en continu chez Boulton & Watt, leur machine remplace également l’énergie éolienne des moulins à vent et l’énergie hydraulique des roues à aubes, devenant de plus en plus utile.

Il est étonnant dans le graphique ci-dessus de remarquer qu’il faut 200 ans pour passer d’un rendement de 1,3% au rendement de 20% de la première turbine de Charles Parsons. On ne peut jamais sous-estimer la difficulté que présente le changement technologique – souvent les technologies nécessaires à la fabrication d’une machine rentable progressent moins vite que les théories et les idées des inventeurs.

Aujourd’hui les turbines dans les centrales électriques à cycle combiné gaz permettent d’atteindre des rendements supérieurs à 61%, mais les temps modernes ont vu un autre progrès important dans les machines à vapeur, du côté de la source de chaleur.

Une grande machine à vapeur actuellement en construction à Flamanville

Les combustibles nucléaires à base d’uranium et thorium ont une densité énergétique environ 1 million de fois supérieure aux combustibles fossiles, mais les machines pour extraire cette énergie sont bien plus complexes que les chaudières des anciennes machines à vapeur. Le nucléaire a donc une logique économique différente, où le coût du carburant est minime et le capital investi dans la machine représente la plupart du coût de l’énergie.

En 2016 l’humanité est confrontée au réchauffement climatique. Malgré le progrès des énergies renouvelables et du nucléaire à bas carbone, les énergies fossiles progressent plus vite parce qu’elles sont moins chères. L’histoire de la machine à vapeur nous montre que la prospérité humaine progresse quand le coût de l’énergie diminue. Le défi majeur du 21ème siècle est d’atteindre une prospérité décente pour chaque humain et simultanément d’arrêter le réchauffement climatique et réduire l’impact des humains sur l’environnement. La conférence COP21 a échoué à mettre en place une taxe carbone parce qu’il est politiquement impossible de rendre l’énergie plus chère, même si elle est sale. L’énergie propre est un problème d’ingénierie – elle doit être moins chère que le charbon.

Le développement commercial de la fission nucléaire a atteint un niveau très similaire à celui de la machine à vapeur il y a 250 ans.

• Après des premières expériences, un seul principe a été déployé commercialement
• Cette technologie a atteint ses limites
• La technologie est sur le marché depuis plus de 50 ans
• L’utilisation du carburant est faible
• Le coût de l’énergie produite n’est pas très competitif avec les alternatives sur le marché
• Quelques centaines de machines ont été produites
• Les machines ont une seule utilisation commerciale
• La civilisation humaine est face à une crise environnementale
• Le rythme de déploiement des machines est insuffisant pour résoudre cette crise environnementale.
• Le potentiel théorique reste immense
• Un système amélioré a été inventé, avec le potentiel de faire une rupture dans le coût de l’énergie
• Ce nouveau système est en cours de développement
• L’industrie établie a dénoncé la faisabilité du nouveau système [1]

Tout comme Boulton & Watt, les innovateurs actuels dans l’énergie nucléaire ont réalisé l’importance primordiale de réduire le coût de cette énergie. Mais au lieu de viser une meilleure utilisation du carburant, les principes économiques de l’énergie nucléaire nécessitent de réduire le coût de la machine.

Alors, pourquoi les systèmes d’énergie nucléaires actuels sont-ils chers?

Quand on fissionne le noyau d’un atome, deux nouveaux atomes sont générés qui s’appellent des produits de fission. Ils sont très radioactifs et hasardeux pour les humains. Ces atomes se désintègrent sur des périodes plus ou moins longues jusqu’au moment où ils deviennent des isotopes stables qui ne sont plus hasardeux.

Dans les réacteurs à eau pressurisée utilisés aujourd’hui, le combustible est un solide. Les produits de fission restent enfermés dans cette matière solide mais peuvent s’échapper si le combustible chauffe et fond. Comme certains produits sont des gaz, un confinement du réacteur est nécessaire pour éviter leur dispersion dans l’atmosphère en cas d’accident. Ce confinement est compliqué et cher parce que le système fonctionne avec une pression très élevée. Ces fragilités nécessitent l’utilisation de nombreux systèmes de sécurité compliqués et onéreux pour garantir un niveau de sûreté acceptable.

Le coût d’un système d’énergie nucléaire est une fonction du profil de sécurité intrinsèque du système de réacteur.

Dans un réacteur à sels fondus le combustible est un liquide. Le mélange de sels est choisi pour rester liquide sur une grande plage de températures, et pour pouvoir dissoudre la matière fissile et la plupart des produits de fission sous la forme de sels qui sont chimiquement très stables. La dilatation du liquide selon la température assure un fort coefficient de contre-réaction qui donne une stabilité dynamique de fonctionnement, à pression atmosphérique. Avec une sécurité intrinsèque assurée par cette conception chimique, la « fission liquide » permet d’envisager un système de réacteur plus simple et bien moins cher.

Une course internationale a commencé pour lancer cette technologie sur le marché. La magie de l’entrepreneuriat, quand un architecte technique avec une idée rencontre un investisseur avec des fonds, est à l’oeuvre pour concevoir puis construire ces machines, avec des millions de dollars engagés. La rupture technologique de la fission liquide n’est plus une question de « si ». C’est une question de « qui » et de « quand ».

Qui seront les Boulton & Watt du 21ème siècle ?

L’énergie nucléaire suivra la même courbe de développement que la machine à vapeur, mais avec un décalage d’environ 250 ans. Avec un coût compétitif et une capacité de production importante, elle contribuera activement à lutter contre le réchauffement climatique.

Pour les systèmes à fission liquide en développement aujourd’hui, les principaux éléments de création de valeur qui permettront de réduire le coût de l’énergie seront :

• La sécurité intrinsèque d’un combustible liquide chimiquement stable
• Une conception élégante et simplifiée, avec une architecture astucieuse du système complet
• Une température de fonctionnement plus élevée
• Une approche modulaire pour la fabrication des bâtiments et composants, l’assemblage et la mise en exploitation

Pour le futur, il reste un potentiel important de réduction de coût avec :

• Des systèmes surgénérateurs
• Des machines thermiques plus petites qui exploitent mieux les hautes températures de fonctionnement
• Un cycle de combustible au thorium, ou qui incinère les déchets des réacteurs actuels
• Des améliorations des matériaux pour prolonger la vie de certains composants
• Un processus rationalisé pour l’attribution de licences d’exploitation

… sans mentionner les inventions à venir.

Et comme la machine à vapeur, les systèmes d’énergie nucléaire moins chers et plus compacts trouveront beaucoup plus d’utilisations :

• Fourniture de chaleur pour les processus industriels
• Production de carburants liquides de synthèse à partir d’eau et de dioxide de carbone
• Dessalement de l’eau de mer
• Alimentation de collectivités hors réseau
• Propulsion marine
• …

Ce futur est possible. Il est même probable car il est nécessaire. Avec l’esprit d’entreprenariat qui animait Boulton & Watt nous pouvons fabriquer des machines à vapeur modernes et moins chères qui seront un progrès pour l’humanité et pour la planète.

 

[1] Quand John Smeaton a vu la première machine de Watt, il a signalé à la société des ingénieurs que « ni les outils ni les ouvriers existent qui peuvent fabriquer une machine aussi complexe avec suffisamment de précision ».

 

 Cet article a été publié en anglais sur le site de la « Alvin Weinberg Foundation »

 

MSFR – suivi de charge et sûreté

Le réacteur nucléaire rapide à sels fondus, ou MSFR (pour Molten Salt Fast Reactor) est étudié par le CNRS au Laboratoire de Physique Subatomique & Cosmologie (LPSC) à Grenoble.

Le combustible liquide de ce réacteur apporte une simplicité de conception et une sécurité intrinsèque, avec une grande flexibilité d’opération qui serait très complémentaire avec les énergies renouvelables, pour les problèmes de suivi de charge.

Noël 2015 – Renouvelables : une production intermittente allant du simple au triple. Cliquez sur l’image pour visiter le site du Réseau de Transport d’Électricité, avec des données en temps réel.

Dans le domaine de la production d’électricité, on appelle suivi de charge la pratique qui consiste à faire varier la puissance de fonctionnement d’une centrale de façon à l’adapter aux variations de la demande. Plus on produit de l’électricité avec des sources renouvelables non dispatchables comme le solaire et l’éolien, plus les autres sources dispatchables doivent s’adapter rapidement pour suivre la charge globale des consommateurs.

Pour les centrales nucléaires actuelles, un changement de puissance trop rapide peut endommager les crayons de combustible solide. En fonction du type de réacteur le changement de régime est limité à 1% – 5% de la puissance maximale par minute.

Un réacteur à sels fondus n’a pas les mêmes limitations – son combustible est un liquide. Pour illustrer la capacité de suivi de charge du réacteur MSFR, l’équipe CNRS à Grenoble a realisé des calculs de couplage neutronique et thermohydraulique sur des segments d’1/16ème du cœur, chacun avec leur unité de pompe / échangeur.

En effet, la performance neutronique du réacteur est impactée par les changements thermo-hydrauliques, et sa performance thermo-hydraulique est impactée par les changements neutroniques. Les calculs et simulations font partie de la soutenance de thèse d’Axel LAUREAU, présentée le 16 octobre 2015.

Une variation de puissance de 33% en une minute a été simulée. On demande au réacteur de passer d’une puissance de 2GW à 3GW en 60 secondes – ce sont les lignes rouges dans l’image ci-dessous.

Dans chaque illustration colorée en bas de l’image, on observe deux fois 1/16ème du cœur : à gauche la distribution de puissance produite dans le combustible liquide, et à droite la distribution de température.

Grâce à la propriété de contre-réaction forte du combustible liquide, le réacteur se comporte très bien et en toute sécurité lors de cette transition. Une réduction de puissance rapide de 3GW à 2GW en 60 secondes est également illustrée, par les lignes bleues.

Cette méthode de calcul permet d’aller plus loin et de simuler des scénarios accidentels, pour évaluer la sûreté du réacteur. Dans les vidéos suivantes un incident de sur-refroidissement et un incident d’insertion de réactivité sont illustrés. ATTENTION ! Les échelles de temps sont logarithmiques !

Dans cette simulation le réacteur est initialement dans un état stable avec une faible puissance de 0,1GW (100MW). L’incident simulé est un sur-refroidissement par le circuit intermédiaire, où la température du sel dans ce circuit est instantanément modifiée pour représenter une puissance extraite de 3GW – un événement peu probable considéré comme un cas enveloppe.

La marge à la criticité prompte est de -125pcm (=0.125%), elle représente la contribution des neutrons retardés à la réaction en chaine, et correspond à la réserve de réactivité insérable avant que les neutrons prompts ne pilotent seuls et abruptement la réaction en chaine. Pour éviter cette situation de sur-criticité prompte, on doit rester en-dessous de la ligne de 0 pcm.

Le sel combustible dans l’échangeur est refroidi. Il est transporté par la pompe et vers 0,5 secondes ce sel refroidi commence à rentrer dans le cœur du réacteur, ce qui augmente la réactivité. Vers 1,0 secondes, la puissance commence à monter, ce qui fait monter la température du sel. La dilatation du liquide contribue à réduire la réactivité, et cette contre-réaction est bien supérieure à l’effet du sur-refroidissement : après 1,5 secondes la réactivité atteint un pic avant de redescendre vers son état initial de -125 pcm. Après 3 secondes, la puissance commence à se stabiliser sur la puissance extraite de 3GW.

Conclusion : très bonne capacité du réacteur à compenser un incident de sur-refroidissement de 0,1 à 3GW.

Dans cette simulation le réacteur est initialement dans un état stable de production d’énergie, à sa puissance nominale de 3GW. L’incident simulé est une insertion de réactivité de 1000 pcm (1 pcm = 1 pour cent mille soit 1% ici) en 1 seconde – un événement peu probable considéré comme un cas enveloppe.

La marge à la criticité prompte est de -125pcm (=0.125%), elle représente la contribution des neutrons retardés à la réaction en chaine, et correspond à la réserve de réactivité insérable avant que les neutrons prompts ne pilotent seuls et abruptement la réaction en chaine. Pour éviter cette situation de sur-criticité prompte, on doit rester en-dessous de la ligne de 0 pcm.

Quand on commence à insérer de la réactivité, la puissance et donc la température commencent à monter. Mais comme le combustible est un liquide il se dilate, ce qui contribue à réduire la réactivité. Cette contre-réaction permet de compenser parfaitement l’insertion de réactivité. Après 0,1 secondes la réactivité atteint un pic avant de redescendre vers son état initial de -125 pcm.

Conclusion : très bonne capacité du réacteur à compenser une insertion rapide de réactivité.

 

Le réveil de la Force aux États-Unis ?

Le monde de l’énergie nucléaire civile a toujours regardé vers les États-Unis, premier innovateur dans ce domaine, et la filière française des réacteurs à eau pressurisée en exploitation aujourd’hui est issue d’une technologie américaine.

Avec la généralisation mondiale de ce type de machine pour l’extraction de l’energie de la fission de l’uranium, il semblait que l’innovation dans l’énergie nucléaire avait stagné, freinée notamment par la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (NRC) qui est actuellement incapable de fournir une licence pour une technologie autre qu’un réacteur à eau légère.

Mais depuis plusieurs années il y a un regain d’intérêt outre-atlantique pour le potentiel offert par l’énergie nucléaire de production d’énormes quantités d’énergie sans émissions de CO2. Un rapport du cabinet third way a recensé 50 jeunes entreprises « start-up » qui travaillent sur des concepts prometteurs et variés.

Et il semblerait que l’administration américaine commence à reconnaître ce potentiel.

Le 6 novembre 2015, un premier sommet sur l’énergie nucléaire a eu lieu à la maison blanche, qui a annoncé des mesures pour garantir que l’énergie nucléaire reste une composante vibrante de la stratégie des États-Unis sur l’énergie propre :

• Création d’une organisation dans le Département de l’énergie (DOE) pour accélérer l’innovation dans le nucléaire (GAIN).

• Etablissement d’un contact unique au Laboratoire national de l’Idaho pour accéder à l’expertise des différents services de la DOE
• Publication d’une base de données avec un catalogue de l’infrastructure existante liée à l’énergie nucléaire
• $2million sous la forme de bons pour les jeunes entreprises pour l’utilisation des services de la DOE
• Aide pour la navigation du système régulatoire, avec la NRC.
• Deuxième série d’ateliers au printemps 2016 sur les réacteurs « non-eau légère »
• Extension du programme de garanties de prêts de $12,5 milliards, aux activités d’attribution de licence

Le sommet, dont les nouvelles ont été relayées par les sites de la SFEN et du MIT Tech Review, a regroupé des acteurs de l’industrie existante et ceux des nouvelles entreprises, comme Leslie Dewan de Transatomic Power qui a parlé du potentiel des réacteurs à sels fondus pour transformer les déchets nucléaires en électricité :

Le cabinet third way a également annoncé l’organisation le 27 janvier 2016 d’un sommet et vitrine sur le nucléaire avancé à Washington.

Avec l’arrivée de la conférence COP21 à Paris, on commence à entendre de plus en plus d’appels pour soutenir l’innovation dans l’énergie nucléaire. Vendredi, Peter Thiel, le financier derrière Facebook et PayPal, a publié dans le New York Times un article avec le titre « Nous avons besoin d’une nouvelle ère atomique ».

Peter Thiel a financé Facebook, PayPal, et maintenant Transatomic Power

Demain au Bourget, Bill Gates annoncera la création d’un fonds d’investissement de plusieurs milliards de dollars pour les energies propres.

Il faut espérer qu’une bonne partie de cet argent sera dédiée au développement et à la commercialisation des réacteurs à sels fondus. Dans la lutte contre le réchauffement climatique, ce serait un veritable réveil de la Force.

Sauvons la planète !

Dans 5 jours, la Conférence des Nations unies sur les changements climatiques, ou COP21, ouvrira ses portes au Bourget. Alors que 2015 pourrait être l’année la plus chaude jamais enregistrée, la cible de la COP21 est de trouver une solution qui limite le réchauffement climatique à 2°C.

Avant même le début de la conférence, on annonce que cette cible ne sera pas atteinte. Si tous les engagements sont tenus, un réchauffement de 2,7°C est attendu. Nous laisserons à nos enfants une planète où des événements comme les canicules, sécheresses, tempêtes et inondations seront de plus en plus fréquents.

Alors comment expliquer aux enfants les enjeux du changement climatique ?

« Sauvons la planète ! » est une bande dessinée par Julie Wornan et Philippe Honnoré, née de la conviction que les enfants doivent parvenir à une bonne compréhension du changement climatique et des autres changements que subit notre planète, car c’est eux qui auront à en subir les conséquences et à chercher les solutions.

Cliquez sur l’image pour voir la page Facebook « Sauvons la planète ! »

Les enfants Hugo et Élodie rencontrent Madéblanc, le fantôme d’une race de papillons disparus par cause de l’activité humaine. Le papillon magique les invite à faire un voyage autour de la Terre, assis sur ses ailes. Ils observent les résultats du changement climatique : canicules et sécheresses, tempêtes, inondations, la fonte des glaces et la montée de la mer. Ils apprennent l’impact des gaz à effet de serre, les ravages causés par les combustibles fossiles, la promesse des énergies décarbonées et les gestes qui peuvent réduire notre empreinte écologique.

Un atome d’hydrogène explique à Élodie l’intérêt de l’énergie nucléaire

Si vous cherchez des idées de cadeaux de Noël pour des enfants qui s’intéressent à leur avenir climatique, Sauvons la planète !, éditée par Les Presses du Midi, est disponible sur amazon.fr, pour la modique somme de 17€.