Du sel liquide au lieu de l’eau : le nouveau réacteur nucléaire s’appuie sur un système de refroidissement différent

Pendant plus d’un mois, ce sont au total douze tonnes de sel liquide qui ont coulé dans les canalisations de la start-up nucléaire. Pouvoir Kairos à Albuquerque, au Nouveau-Mexique. L’entreprise travaille sur un nouveau type de réacteur nucléaire qui sera refroidi par un mélange de sels fondus. Son premier système de refroidissement test à grande échelle a dépassé la barre des 1 000 heures de fonctionnement début janvier. Il s’agit de la deuxième étape importante pour Kairos ces dernières semaines. En décembre, l’organisme de réglementation nucléaire américain, la Nuclear Regulatory Commission (NRC), a délivré un permis de construction pour le premier réacteur d’essai de l’entreprise.

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L’énergie nucléaire pourrait fournir une source stable d’énergie sans carbone, essentielle à la lutte contre le changement climatique. Lors de la conférence de l’ONU sur le climat à Dubaï en décembre dernier, 20 chefs d’État et de gouvernement se sont prononcés en faveur d’un triplement de la capacité de toutes les centrales nucléaires en service dans le monde d’ici 2050. Mais cette technologie est, d’une part, controversée pour des raisons environnementales et de sécurité et, d’autre part, les nouvelles constructions sont jusqu’à présent coûteuses. Les récents grands projets nucléaires ont été en proie à des retards et à des coûts de construction qui montent en flèche. Kairos et d’autres jeunes entreprises travaillant sur des conceptions améliorées de réacteurs espèrent changer cela en introduisant une nouvelle version de l’énergie nucléaire qui pourrait réduire les coûts et les délais de construction.

« Notre approche technologique et de conception est fondamentalement différente des réacteurs commerciaux actuels », déclare Edward Blandford, co-fondateur et directeur de la technologie de Kairos. Aujourd’hui, presque toutes les centrales nucléaires commerciales utilisent le même type d’uranium enrichi comme combustible pour produire de l’électricité par fission nucléaire et génération de vapeur dans des turbines. La température est contrôlée par un système de refroidissement utilisant de l’eau.

Cependant, un nombre croissant d’entreprises travaillent à optimiser cette formule pour améliorer les coûts mais aussi la sécurité. Dans le cas de Kairos, l’entreprise envisage d’utiliser un combustible alternatif appelé TRISO (Tristuctural-isotropic fuel), constitué de minuscules particules contenant de l’uranium pouvant être incorporées dans des coques en graphite. Le combustible nucléaire TRISO est robuste et peut résister à des températures élevées, aux radiations et à la corrosion. De plus, le système de refroidissement d’un réacteur TRISO utilise du sel liquide au lieu de l’eau.

Moins de pression dans le réacteur

Cela pourrait être d’une grande aide pour rendre les centrales nucléaires plus sûres, déclare Blandford, directeur technique de Kairos. Le système de refroidissement des réacteurs refroidis à l’eau doit être maintenu sous haute pression pour empêcher l’eau de bouillir, ce qui laisserait le réacteur sans liquide de refroidissement et risquerait de surchauffer et de devenir incontrôlable. Il est techniquement possible de faire bouillir du sel, mais cela ne peut se produire qu’à des températures très élevées. Par conséquent, ces hautes pressions comme dans les réacteurs à eau sous pression sont inutiles.

Les réacteurs à sels fondus ont été développés pour la première fois dans les années 1950 testé dans les années 1960, mais ensuite largement mis de côté lorsque l’industrie s’est tournée vers des conceptions refroidies par eau. “Maintenant que le besoin d’énergie à faible émission de carbone augmente, ces technologies suscitent un regain d’intérêt”, déclare Jessica Lovering, cofondatrice et directrice exécutive du Good Energy Collective, un organisme de recherche qui se concentre sur… pour l’utilisation de l’énergie nucléaire utilisé. Les nouvelles technologies pourraient contribuer à atténuer certains problèmes de sécurité liés aux réacteurs refroidis à l’eau. Ils peuvent également produire de l’électricité de manière plus efficace.

Le réacteur à sels fondus a été considérablement amélioré au cours des sept dernières décennies. Dans le même temps, un tel système n’a jamais été exploité commercialement. De nombreux tests doivent encore être réalisés avant que ce type de système de refroidissement puisse être utilisé dans la technologie nucléaire, très surveillée par les autorités. C’est là qu’intervient le centre d’essais Kairos. C’est une question de le plus grand système au monde responsable de la circulation de FLiBeun liquide de refroidissement à base de fluorure.

Le système utilise des éléments chauffants électriques pour simuler la chaleur importante qui serait générée lors des réactions nucléaires dans le réacteur fini. Les tests consistent à pomper un mélange FLiBe à travers une boucle de refroidissement tandis que les ingénieurs surveillent la température dans tout le système ainsi que le niveau de pureté du sel. L’entreprise a également testé comment le réacteur peut être rechargé et comment la puissance sortant du système doit être surveillée et ajustée.

Pas à pas vers le nouveau réacteur

Construire un système de refroidissement complet qui ne sera jamais utilisé dans un réacteur nucléaire représente un investissement important en temps, en argent et en ressources. Mais l’approche consistant à procéder par petites étapes pourrait aider Kairos à introduire avec succès la procédure. Mais il s’agit d’une tâche historiquement difficile, déclare Patrick White, directeur de recherche à la Nuclear Innovation Alliance, un groupe de réflexion sur l’énergie nucléaire.

“L’un des défis de l’énergie nucléaire est que la première étape consiste généralement à concevoir le réacteur sur papier. Ensuite, il faut construire le tout”, explique White. Kairos essaie désormais d’adopter une approche différente et de tester les composants pendant la construction pour accélérer le développement et éviter de rester coincé dans une phase tardive de la construction.

Kairos progresse également dans le développement d’une installation globale. En décembre, l’entreprise a reçu l’approbation du NRC pour construire Hermes-1, son premier réacteur d’essai. Hermes-1 générera environ 35 mégawatts de puissance thermique – les réacteurs commerciaux actuels génèrent généralement environ 1 000 mégawatts d’électricité avec une puissance thermique proportionnellement plus élevée. L’achèvement est prévu pour 2026. Plusieurs autres sociétés utilisent également du sel liquide ou du combustible TRISO dans leurs conceptions de réacteurs modernes. X-energy, basée dans le Maryland, développe un réacteur refroidi au gaz qui utilise du combustible TRISO – et TerraPower et GE Hitachi Nuclear Energy développent un réacteur refroidi au sodium qui utilise également du sel fondu pour le stockage d’énergie.

Il reste encore beaucoup de chemin à parcourir pour Kairos et d’autres entreprises. La société prévoit de construire au moins deux autres grands systèmes de refroidissement d’essai avant d’assembler les pièces du Hermes-1, a déclaré le chef de l’ingénierie Blandford. L’entreprise doit également obtenir une licence d’exploitation pour Hermes-1, la deuxième des deux étapes qu’elle doit franchir auprès de la NRC. Vient ensuite Hermes-2, qui comprendra deux réacteurs de taille et de conception similaires à Hermes-1, ainsi qu’un système permettant de convertir la chaleur générée en électricité. À terme, l’entreprise passera à des réacteurs commerciaux plus grands. Tout cela prendra du temps, mais Kairos et ses concurrents sont convaincus que le résultat en vaudra la peine. “Notre technologie est unique”, déclare Blandford, “et elle ouvre des opportunités uniques d’accéder à des domaines que d’autres technologies ne peuvent pas atteindre.”

(jl)