Petits réacteurs modulaires (SMR) : panorama des projets nucléaires de 2023

Rêves et Peurs Nucléaires

Le nucléaire suscite des débats. Cet article examine les petits réacteurs modulaires dans le contexte de la fin de 2023 : les projets et calendriers évoqués alors ne garantissent pas leur réalisation actuelle.

Premièrement, pour des raisons rationnelles, à cause de son aspect sécurité, la catastrophe de Tchernobyl ou Fukushima rappelant ce qui peut arriver lorsqu’elle échoue.

D’autres inquiétudes portent sur les liens de certaines technologies avec les armes nucléaires et sur les rayonnements. La prolifération est un problème réel, tandis que le risque radiologique doit être évalué selon la dose et les conditions d’exposition.

Il a également été perçu comme un concurrent aux énergies renouvelables « vraies » comme le vent et le solaire, et comme une mauvaise alternative à celles-ci.

Le combustible nucléaire présente une densité énergétique très élevée. Selon la comparaison du département américain de l’Énergie, une petite pastille de combustible à l’uranium peut fournir l’équivalent énergétique d’environ une tonne de charbon, de centaines de litres de pétrole ou de 17 000 pieds cubes de gaz naturel.

Source: Energy.gov

Le nucléaire émet peu de carbone sur son cycle de vie et peut produire régulièrement sans dépendre du vent ou de l’heure. La production variable de l’éolien et du solaire peut être soutenue par le stockage, les interconnexions, la flexibilité de la demande et des moyens de production pilotables. Toutes les renouvelables ne sont pas variables, et les batteries ne sont pas l’unique solution.

Le Nouveau Nucléaire

Une nouvelle génération de défenseurs et d’ingénieurs du nucléaire réexamine la trajectoire du secteur. Deux grandes questions concernent la taille des installations et le choix du combustible.

Le Petit est Beau ?

Les centrales nucléaires ont tendance à être des projets massifs. La production se mesure en gigawatts, les investissements requis s’élèvent à des dizaines de milliards, et le temps de construction s’étale sur des années, voire des décennies. Cela engendre plusieurs problèmes :

• La difficulté d’obtenir des financements privés en raison du long délai entre le début du projet et les premières recettes de vente d’électricité.
• Une grande unité peut être inadaptée à un petit réseau ou une région isolée et nécessiter des investissements importants dans le réseau.
• Les accidents graves peuvent avoir des conséquences hors du site, dont l’étendue dépend de l’événement, de la conception et des mesures de protection.
• Les adaptations propres à chaque projet et les exigences locales peuvent limiter les gains de standardisation, même s’il existe aussi des modèles standardisés de grands réacteurs.

Les retards et surcoûts de certains grands projets ont compliqué de nouveaux investissements. La fermeture des derniers réacteurs électrogènes allemands en 2023 résultait d’un choix politique de sortie du nucléaire, sans signifier la disparition de toute activité ou compétence nucléaire.

Une puissance plus élevée implique davantage de chaleur à évacuer. La sûreté dépend toutefois de l’ensemble de la conception et des systèmes de refroidissement, pas seulement de la taille.

Les petits réacteurs modulaires (SMR) visent une fabrication accrue en usine, puis le transport de composants ou d’unités préparés vers le site. L’AIEA utilise généralement une limite de 300 MWe par unité. Une centrale peut comporter un ou plusieurs modules ; quatre à vingt unités ne sont pas une obligation, et tous les modèles ne sont pas transportables entiers par camion.

Il existe même une tendance à développer des micro-réacteurs pour des applications de niche comme le chauffage industriel, les bases militaires, les communautés isolées, ou même les bases lunaires.

Source: IAEA

Conceptions et combustibles à repenser ?

Conceptions

La sûreté passive repose notamment sur la circulation naturelle, la gravité et d’autres phénomènes physiques pour évacuer la chaleur sans alimentation extérieure ni intervention active. Fukushima a montré les dangers de la perte d’électricité et de refroidissement. Des modèles refroidis à l’eau peuvent toutefois disposer de systèmes passifs : l’eau ne détermine pas à elle seule la sûreté.

Choix du combustible

Le choix de l’uranium s’explique par des facteurs techniques, historiques et économiques. Dans un réacteur, une partie de l’uranium 238 peut devenir du plutonium, ce qui impose des garanties et un contrôle des matières. La production électrique civile n’a pas nécessairement pour objectif de fabriquer des matières pour les armes.

Entre 1950 et 1980, donc pendant la guerre froide, certains pays ont lié leurs programmes nucléaires à des besoins militaires. La non-prolifération, le contrôle des matières et la protection contre le terrorisme demeurent des exigences importantes.

Le thorium est étudié comme matière fertile alternative. Le thorium naturel n’est cependant pas lui-même fissile : il doit être transformé en uranium 233 et nécessite une matière fissile pour démarrer. Il ne rend pas automatiquement un réacteur plus sûr que l’uranium ; la conception et le cycle du combustible sont déterminants.

Un Accroc dans l’Innovation

Au début des années 2020, de nombreux partisans de cette technologie voyaient les SMR comme une orientation importante pour l’avenir du nucléaire.

“Avec les SMR, nous avons ouvert tout un spectre de clients.”

Directeur général de Rolls-Royce

NuScale et UAMPS ont arrêté le Carbon Free Power Project en novembre 2023, faute d’engagements suffisants des clients pour poursuivre. Cet événement a relancé le débat sur les coûts des SMR. De grands projets classiques avaient aussi connu retards et surcoûts en Finlande et aux États-Unis.

En parallèle, l’inflation et les conditions de financement pesaient sur d’autres projets énergétiques, avec des effets différents selon les technologies et les contrats.

Nous l’avons étudié en détail dans notre article « La chute du secteur des énergies renouvelables en 2023 ». Pour résumer brièvement, les fabricants d’éoliennes et de panneaux solaires, ainsi que les constructeurs de centrales nucléaires, ont souffert d’une conjonction de problèmes :

• Hausse des coûts des matières premières comme le métal, le béton et l’énergie, toutes nécessaires aux projets industriels.
• Inflation générale, qui augmente le coût de la main‑d’œuvre qualifiée.
• Perturbations de la chaîne d’approvisionnement, dues à la pandémie, aux problèmes des voies commerciales internationales, et à la guerre commerciale et aux sanctions de l’Occident contre la Russie et la Chine.
• Hausse des taux d’intérêt, augmentant fortement les coûts des projets à forte intensité de capital comme la production d’énergie.

Les matières premières, la main-d’œuvre, les chaînes d’approvisionnement et les taux d’intérêt ont affecté les budgets de nombreuses centrales, imposant des révisions de calculs et de contrats.

Selon le point de vue de l’article, les facteurs de coût communs doivent être évalués de façon cohérente pour les fossiles, les renouvelables et le nucléaire. Cela ne supprime pas les risques propres à chaque technologie.

Un secteur encore à ses débuts

Le Carbon Free Power Project devait être l’une des premières applications commerciales de ce modèle. Son annulation ne détermine pas la viabilité de tous les SMR, mais constitue un avertissement important sur les coûts et la demande. Les économies de la fabrication en série sont principalement attendues de deux facteurs :

1. Amortissement des coûts de R&D sur des dizaines voire des centaines de centrales identiques.
2. Flux de travail continu de la chaîne d’assemblage, permettant optimisation et économies d’échelle.

Les premières unités peuvent coûter cher en raison du développement, des autorisations et du démarrage industriel. L’apprentissage et la production en série peuvent réduire les coûts, mais ce n’est pas une garantie qui apparaît après une cinquième ou dixième centrale déterminée.

C’est également un phénomène bien connu dans les industries innovantes, appelé les « vallées de la mort ». Entre chaque étape, il y a un pic d’enthousiasme, suivi d’un pic de pessimisme. Les investisseurs à long terme et les investissements publics portent les industries innovantes à travers ces périodes négatives et favorisent le progrès à long terme.

Source: ThirdDerivative.org

Même si un modèle de NuScale est trop coûteux, cela ne détermine pas automatiquement les perspectives des sels fondus, du thorium, du HALEU ou des centrales flottantes (voir ci-dessous).

La crise énergétique après la guerre en Ukraine a renforcé l’intérêt pour la sécurité d’approvisionnement et le nucléaire. Les chocs pétroliers des années 1970 ont aussi influencé les choix nationaux, dont l’expansion française. Une nouvelle crise ne produirait pas nécessairement les mêmes effets partout.

Une Sélection d’Innovateurs SMR

Cet article présente quelques développeurs de SMR ; une vue plus large est disponible auprès de la World Nuclear Association.

NuScale Power Corporation (SMR)

SMR Graphique du prix

NuScale développe de petits réacteurs modulaires (SMR).

Le modèle présenté en 2023 proposait 77 MWe par module et des configurations allant jusqu’à douze unités, soit 924 MWe nominaux. Le transport de composants préfabriqués vise à réduire les travaux sur le site.

Source: Nuscale

Après études et autorisations adaptées, un projet SMR peut réutiliser une partie des infrastructures d’une ancienne centrale à charbon. En janvier 2023, la NRC a certifié le modèle initial de NuScale de 50 MWe par module. Le modèle de 77 MWe a obtenu une approbation de conception standard en 2025 ; cela ne constitue pas en soi l’autorisation de construire une centrale sur un site précis.

L’entreprise avait annoncé des engagements financiers et un développement de projet en Roumanie. Les chiffres de plus de 15 prospects décrits comme engagés et de plus de 120 clients potentiels étaient des indications commerciales de l’époque, pas tous des commandes définitives. Parmi les utilisateurs possibles figuraient des clients industriels comme les aciéries qui cherchent à décarboniser leurs opérations et à sécuriser des sources d’énergie bon marché et fiables.

L’arrêt du projet UAMPS en 2023 a pesé sur le cours de NuScale et suscité des interrogations sur l’économie du premier projet. Cette description boursière concerne cette période.

General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)

GE Graphique du prix

GE Hitachi développe le BWRX-300, d’une puissance électrique d’environ 300 MW. L’activité nucléaire de GE a rejoint GE Vernova lors de la scission de 2024. L’action GE actuelle représente GE Aerospace, pas une participation directe dans GE Vernova.

Source: GE

Ontario Power Generation et SaskPower avaient choisi la technologie pour leurs projets canadiens respectifs, à différents stades de développement et d’autorisation.

Aux États‑Unis, il a conclu un accord avec la Tennessee Valley Authority (TVC ) et discute avec plusieurs autres entreprises d’électricité.

En Pologne, l’ambition évoquée en 2023 atteignait jusqu’à 79 unités à l’horizon 2038, et non une flotte entièrement commandée ou construite. Des choix technologiques et discussions existaient aussi en Estonie, Tchéquie, Suède et au Royaume-Uni. Choisir une technologie ne constitue pas toujours une décision finale d’investissement.

L’intérêt pour le BWRX-300 peut refléter ses caractéristiques ainsi que l’expérience et les partenariats des développeurs. La réputation des groupes ne garantit pas le financement ni l’achèvement de chaque projet.

Rolls-Royce Holdings plc (RYCEY)

Rolls-Royce Holdings (RRU.DE ) est un groupe de moteurs aéronautiques et d’ingénierie avancée. C’est une personne morale distincte de Rolls-Royce Motor Cars, constructeur automobile appartenant à BMW Group.

Rolls-Royce SMR développait un modèle britannique modulaire d’environ 470 MWe. Il dépasse le seuil habituel de 300 MWe de l’AIEA, même si l’entreprise emploie le nom SMR.

Source: Rolls Royce

Rolls-Royce étudie le déploiement de ses SMR aux Pays-Bas. Il est également en discussions en Suède et en Finlande, ainsi qu’en Tchéquie (notamment avec la société d’ingénierie nucléaire Škoda JS) et en Pologne.

Le positionnement européen et industriel de Rolls-Royce SMR était lié à la sécurité énergétique. Les risques de transport maritime ont été abordés dans notre article « Difficultés d’approvisionnement en combustibles fossiles — menace de crise maritime et énergétique ». La fermeture du canal de Suez était un scénario de risque, pas un événement certain.

Westinghouse : Cameco (CCJ) et Brookfield Renewable Partners L.P. (BEP)

BEP Graphique du prix

L’acquisition de Westinghouse a été finalisée le 7 novembre 2023 : Cameco détenait 49 %, et un groupe conduit par Brookfield, avec Brookfield Renewable et des partenaires institutionnels, 51 %. L’ensemble du groupe Brookfield (BN) gérait alors environ 850 milliards de dollars.

L’AP300 utilise la technologie de l’AP1000, plus grand. Fin 2023, quatre AP1000 fonctionnaient en Chine ainsi que Vogtle 3 aux États-Unis ; Vogtle 4 n’avait pas encore commencé son exploitation commerciale. Il existait d’autres projets en Chine et des plans pour la Pologne et l’Inde. Vogtle était connu pour ses retards et surcoûts. Toutes les unités envisagées n’étaient pas en construction.

L’AP300 est conçu pour environ 300 MWe électriques et 900 MW thermiques, et non 990 MW d’électricité.

Source: Westinghouse

Comme elle n’est pas cotée directement, les investisseurs souhaitant une part de Westinghouse devront décider s’ils sont davantage intéressés par l’exposition à l’activité d’énergie renouvelable de BEP, ou à l’activité minière d’uranium de Cameco.

Néanmoins, Westinghouse est un géant de l’énergie nucléaire, avec une longue histoire d’établissement des normes de l’industrie, notamment le design à eau pressurisée qui a dominé le secteur nucléaire pendant des décennies.

TerraPower

TerraPower est une entreprise non cotée soutenue par Bill Gates. Elle développe des technologies différentes de réacteurs et de stockage, au-delà des changements de taille et de fabrication.

Natrium est un réacteur rapide refroidi au sodium liquide, développé en partenariat avec GE Hitachi, d’une puissance électrique de base de 345 MWe. Un stockage thermique distinct à sels fondus permet d’augmenter temporairement la production électrique. La démonstration a été prévue dans une région charbonnière en transition du Wyoming. Un autre programme est le réacteur rapide à chlorures fondus (MCFR).

Dans le MCFR, la matière fissile est contenue dans un sel liquide qui transporte aussi la chaleur. Le combustible de Natrium ne fonctionne pas ainsi. La dilatation thermique et d’autres contre-réactions peuvent contribuer au contrôle, mais la sûreté doit être évaluée pour l’ensemble du système.

Certains modèles à combustible liquide visent une gestion ou une alimentation plus souple. Le rechargement continu et l’acceptation de tous les enrichissements ne sont pas des caractéristiques automatiques de tous les réacteurs à sels fondus ni de Natrium.

Les réacteurs rapides ne modèrent pas les neutrons comme les réacteurs thermiques classiques. Cela peut améliorer l’utilisation de certaines matières, mais pas automatiquement le rendement de conversion en électricité ou le coût.

Source: Terrapower

TerraPower a aussi étudié le réacteur à onde progressive (TWR), pour mieux utiliser notamment l’uranium appauvri. Les annonces d’une utilisation multipliée du combustible sont des objectifs de développement, pas la preuve d’un réacteur disponible fonctionnant des siècles sans charge fissile initiale.

Les nouveaux modèles doivent démontrer leur sûreté par des essais et des analyses auprès des autorités. Cela accroît les exigences de développement et d’autorisation, sans constituer un rejet général de l’innovation.

TerraPower peut bénéficier d’améliorations techniques, mais doit aussi surmonter les risques de financement, de combustible, d’approvisionnement et de licences avant l’exploitation commerciale.

Terrestrial Energy

Terrestrial Energy (IMSR ) développe son réacteur intégral à sels fondus (IMSR).

L’entreprise veut gérer le vieillissement du modérateur en graphite en remplaçant une unité intégrée du cœur environ tous les sept ans. Le remplacement concerne cette unité, pas toute la centrale.

Des températures plus élevées peuvent améliorer le rendement et servir à la chaleur industrielle. Les avantages de sûreté et de coût doivent être démontrés pour le modèle concerné.

Moltex Energy

Moltex développe le Stable Salt Reactor – Wasteburner (SSR-W), qui doit employer du combustible obtenu à partir de combustible nucléaire usé recyclé. Le projet canadien est lié à Point Lepreau, au Nouveau-Brunswick.

La combinaison du SSR-W, du procédé de recyclage WATSS et du stockage thermique GridReserve vise une production flexible complémentaire de l’éolien et du solaire.

Un autre modèle est le réacteur FLEX de MoltexFLEX, qui vise une production flexible, peu émettrice et compétitive.

MoltexFLEX

La circulation et le refroidissement passifs peuvent réduire les composants actifs de certains systèmes. Cela ne veut pas dire que toute la centrale n’a aucune pièce mobile ou ne nécessite pas de surveillance.

Le combustible recyclé pourrait produire de l’énergie et réduire certaines matières à longue durée de vie. Les exigences de retraitement, de gestion des déchets et d’autorisation demeurent ; tous les déchets radioactifs ne disparaissent pas.

Rosatom

Rosatom dispose d’une expérience des petits réacteurs et des réacteurs navals. Outre les centrales flottantes, l’entreprise développe des projets terrestres comme le RITM-200N en Iakoutie.

La centrale flottante Akademik Lomonossov a commencé son exploitation commerciale en 2020 avec deux réacteurs de 35 MWe chacun. Elle dessert des collectivités et industries isolées de l’Arctique russe.

Ce design peut également être produit en série dans des chantiers navals dédiés, déjà expérimentés dans la construction de navires de guerre à propulsion nucléaire.

Source: Power Technology.com

Les zones côtières peuvent être un marché pour les centrales flottantes, mais le chiffre de 80 % de la population mondiale n’est pas étayé sans définition de la zone côtière. Un modèle proposé serait que Rosatom possède et exploite la centrale et vende l’électricité également à l’étranger.

Une centrale flottante peut être déplacée vers un site préparé. Une utilisation après catastrophe exige autorisations, sûreté, amarrage et raccordement ; ce n’est pas une solution immédiatement disponible de façon automatique.

Seaborg

Le concept de barge nucléaire / centrale flottante de Rosatom n’est pas unique à la Russie, et compte tenu de la situation géopolitique, il est peu probable que le design russe soit populaire dans les pays occidentaux et leurs alliés dans un avenir prévisible.

La société danoise Seaborg développait des réacteurs compacts à sels fondus pour des centrales flottantes. Les propositions allant jusqu’à 800 MW correspondaient à plusieurs modules réunis, pas à un réacteur unique.

Source: Seaborg

Le design maritime des réacteurs Seaborg le rend adapté aux nations côtières, avec des discussions engagées avec l’Indonésie et la Norvège.

Seaborg travaille également avec le leader mondial de la construction navale Samsung Heavy Industries pour développer des centrales nucléaires flottantes combinées à des usines d’hydrogène et d’ammoniac.

Ainsi, Seaborg pourrait devenir une partie intégrante d’une économie d’hydrogène et d’ammoniac alimentée par le nucléaire, comme décrit dans notre article « L’autre combustible hydrogène — cinq actions de l’ammoniac vert ».

X-Energy

X-energy développe le combustible TRISO-X pour ses réacteurs.

TRISO-X emploie toujours de l’uranium enrichi : le HALEU contient plus de 5 % et moins de 20 % d’uranium 235. Les couches protectrices de petites particules retiennent les produits de fission à haute température, sans remplacer toutes les autres fonctions de sûreté de la centrale.

Le Xe-100 est un réacteur à haute température refroidi au gaz, d’environ 80 MWe par module, de quatrième ^génération. L’entreprise annonce une zone de planification d’urgence d’environ 400 mètres, contre environ dix miles usuels pour de grands réacteurs américains. C’est une approche d’autorisation spécifique, pas une limite générale de risque nul.

En 2023, la disponibilité du HALEU constituait un risque important. La dépendance aux fournisseurs russes suscitait des inquiétudes après la guerre en Ukraine. Centrus a produit la première quantité américaine de HALEU en novembre 2023, mais l’extension commerciale exigeait davantage de temps et d’investissement. L’ancienne estimation de cinq à dix ans n’est pas un calendrier actuel garanti.

L’entreprise a annoncé en octobre 2023 la fin de l’accord avec Ares Acquisition Corporation pour une cotation par SPAC. X-energy a ensuite réalisé une introduction en bourse distincte en 2026, sous le symbole XE au Nasdaq. Le cours actuel ne change pas l’annulation de 2023.

Chine

Longtemps importatrice de technologie nucléaire russe et occidentale, la Chine développait de plus en plus ses propres modèles.

Les chiffres cités en 2023 — environ 55 réacteurs en fonctionnement, 22 en construction et 70 prévus — désignaient des unités de réacteur, pas autant de sites à plusieurs unités. Des informations de 2021 évoquaient l’ambition de construire 150 nouveaux réacteurs. En décembre 2023 a commencé l’exploitation commerciale du HTR-PM, réacteur à haute température refroidi au gaz, démontrant une technologie de quatrième ^génération.

La Chine a développé séparément un réacteur expérimental à sels fondus fondé sur le thorium. Le thorium décrit le cycle du combustible, pas la méthode de refroidissement ; ce projet ne doit pas être confondu avec le HTR-PM.

Un concept a aussi été présenté pour un réacteur à sels fondus destiné à un porte-conteneurs, avec de longs intervalles de combustible et de faibles émissions en exploitation comme objectifs. Cela ne démontrait pas un navire achevé capable de naviguer indéfiniment sans combustible. Il rappelle les ambitions d’Atomes pour la paix et du N.S. Savannah dans les années 1960. En 2023, le démantèlement des équipements nucléaires du Savannah se poursuivait, des décennies après son retrait du service.

US Savannah – Source: ANS

Copenhagen Atomics

Copenhagen Atomics développe la technologie des sels fondus avec cycle thorium et fabrication modulaire. La description de 2023 visait une unité en conteneur de 40 pieds à environ 560 °C ; il s’agissait des caractéristiques d’un projet en développement.

La puissance visée était de 100 MW thermiques, pas autant d’électricité. La démonstration attendue en 2025 était une prévision. Le prix de 100 000 dollars pour un réacteur complet n’est pas étayé par les informations officielles actuelles : l’entreprise indique une cible de 50 millions de dollars par unité de 100 MWth, avec redevance annuelle de service et coûts de site séparés. Prix et dates restent des objectifs de l’entreprise.

Source: Copenhagen Atomics

L’entreprise visait aussi un réacteur de valorisation des déchets pour 2028. Séparer et transmuter certains isotopes peut réduire la radiotoxicité à long terme, mais ne rend pas automatiquement tous les déchets dangereux pendant 100 000 ans inoffensifs après 300 ans. C’était un objectif de développement, pas une centrale déjà en fonctionnement.

Combiner thorium, sels fondus, valorisation des déchets et fabrication modulaire est ambitieux. Le succès dépend de la démonstration technique, des matériaux, de l’économie, du financement et des autorisations, pas seulement d’un changement réglementaire.