Mise à jour sur les SMR (Small Modular Reactor) – Toujours l’avenir de l’énergie nucléaire

Rêves et Peurs Nucléaires

Nuclear energy is a controversial topic.

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.

Deuxièmement, pour l’association moins rationnelle avec les armes nucléaires, ainsi que la peur de tout rayonnement, souvent alimentée par la culture pop et la science-fiction.

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.

Il reste néanmoins une source d’énergie très puissante, en fait, c’est la plus dense disponible pour la civilisation humaine, avec un petit pellet d’uranium capable de remplacer des centaines de litres de pétrole, une tonne de charbon ou 17 000 pieds cubes de gaz.

Source: Energy.gov

C’est également une source d’énergie très à faible émission de carbone, amenant certains activistes climatiques à reconsidérer leur point de vue sur le nucléaire. C’est particulièrement vrai puisque le nucléaire peut fournir une puissance de base indépendamment des conditions météorologiques ou de l’heure du jour, ce que les renouvelables ne peuvent faire qu’avec d’immenses parcs de batteries.

Le Nouveau Nucléaire

Récemment, une nouvelle génération de défenseurs et d’ingénieurs du nucléaire a émergé, prête à critiquer la voie empruntée par l’industrie jusqu’à présent. Leurs plaintes concernant le nucléaire tel qu’il est aujourd’hui sont doubles : la taille et le carburant.

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 :

• Difficulté à obtenir des financements en dehors des subventions gouvernementales, en raison du décalage temporel massif entre le début du projet et la première production d’énergie.
• Ce n’est pas adapté aux petits pays ou aux zones isolées, et nécessite dans une certaine mesure que l’ensemble du réseau électrique soit adapté à la centrale nucléaire.
• Lorsque quelque chose tourne mal, au lieu d’un incident localisé, cela peut devenir une catastrophe à l’échelle du continent.
• Chaque projet massif est une conception expérimentale sur mesure, empêchant l’industrie de développer une quelconque standardisation de son processus de production.

Ce dernier point ressort particulièrement après l’échec des grandes centrales centralisées au cours des dernières décennies, ce qui a eu pour effet de geler effectivement l’industrie. Cela a même entraîné sa destruction totale (et probablement permanente) dans des pays comme l’Allemagne.

Plus une centrale est grande, plus la production d’énergie concentrée en un seul endroit est élevée. Cela rend le refroidissement du réacteur particulièrement difficile et dangereux en cas de problème.

L’attention se tourne donc maintenant vers les petits réacteurs appelés SMR (Small Modular Reactors). Ils seraient produits en série, comme des navires ou des machines, et transportés par camion jusqu’au site de la centrale. La partie modulaire provient du fait qu’une centrale nucléaire basée sur les SMR incorporerait 4 à 20 générateurs « modulaires », tous identiques.

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

Les Mauvaises Conceptions & Carburant ?

Conceptions

Une autre discussion porte sur la conception même des centrales. Certains spécialistes soutiennent que les conceptions à refroidissement par eau sont intrinsèquement moins sûres, car elles nécessitent un flux constant d’eau, dépendant d’un système complexe de pompes et de tuyauteries, exactement ce qui a échoué lors de l’incident de Fukushima.

Différentes conceptions de refroidissement sont en cours de développement, visant la sécurité passive, garantissant qu’un réacteur se refroidit sans aucune intervention extérieure en cas de problème.

Choix du Carburant

D’autres critiquent le choix de l’uranium comme combustible. Pour des raisons de physique fondamentale, ce combustible était préféré aux alternatives parce que l’énergie produite avec l’uranium crée du plutonium. Et le plutonium est un composant clé des armes nucléaires.

Dans les années 1950‑1980, lorsque la majeure partie de l’industrie nucléaire est née, cela était perçu comme une qualité. C’était après la guerre froide, et le besoin de matériaux pour armes nucléaires était considéré par de nombreuses nations comme une exigence pour leur propre sécurité. Cela est aujourd’hui beaucoup moins accepté par l’opinion publique, surtout avec la menace de prolifération nucléaire et de terrorisme.

De plus, l’uranium est fondamentalement un combustible plus risqué, avec davantage de risques de réactions en chaîne incontrôlées. Ainsi, de nombreux passionnés du nucléaire et startups plaident aujourd’hui pour l’exploration des réacteurs au thorium.

Un Accroc dans l’Innovation

Si vous aviez interrogé des spécialistes il y a seulement 1 à 2 ans, la plupart auraient affirmé que les SMR seraient l’avenir de l’industrie nucléaire.

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

Rolls Royce CEO

Mais avec l’annulation récente du projet Carbon Free Power de NuScale, cela a soulevé la question de savoir si les SMR peuvent être compétitifs en termes de coûts par rapport aux énergies renouvelables et au nucléaire conventionnel. Ou au nucléaire dans son ensemble, compte tenu des dizaines de milliards de dollars de dépassements de coûts des dernières centrales nucléaires « traditionnelles » ouvertes en Finlande et les États‑Unis.

Cette hausse des coûts pourrait être préoccupante si elle ne concernait pas l’ensemble de l’industrie énergétique, y compris les renouvelables.

Nous l’avons étudié en détail dans notre article « The 2023 Renewable Energy Crash ». 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.

Tous ces phénomènes nuisent à la capacité des producteurs d’énergie, TOUS les producteurs d’énergie, à fournir des centrales à un coût aussi bas que prévu initialement. Mais sauf si nous prévoyons de ne plus utiliser d’énergie à l’avenir, cela devra être revalorisé.

Les combustibles fossiles, les renouvelables ou le nucléaire, coûteront tous le plus cher dans un contexte économique à forte inflation et à des taux élevés. Ainsi, la réaction du marché à « choisir » les renouvelables et les SMR face à la hausse des coûts dans ce contexte n’est pas vraiment rationnelle.

Juste Commencer

Les inquiétudes concernant l’annulation des projets pilotes manquent probablement le point. Le projet Carbon Free Power était, par définition, un projet pilote.

Les réductions de coûts des SMR par rapport aux autres projets nucléaires devraient provenir de deux sources :

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.

Il est donc probable que tout SMR soit assez coûteux pour ses 5 à 10 premières centrales. Ce n’est qu’une fois à pleine vitesse que les bénéfices économiques du design se manifesteront. C’est le même principe qu’une voiture prototype coûte plus cher à l’unité qu’un modèle bien établi et produit en masse.

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

Et même si le design spécifique de NuScale s’avère trop coûteux, cela en dit un peu sur le sel fondu, le thorium, les combustibles HALEU ou les barges nucléaires (voir plus bas).

Dans l’ensemble, il semble que l’industrie ait recommencé à innover, très probablement stimulée par la crise énergétique déclenchée par la guerre en Ukraine. Avec les tensions croissantes au Moyen‑Orient, une répétition de la crise énergétique des années 1970 n’est pas improbable et reproduirait son effet sur l’industrie nucléaire, amenant des pays comme la France à produire 70 % de leur électricité avec le nucléaire.

Une Sélection d’Innovateurs SMR

Cet article examine certaines des conceptions innovantes de SMR, une liste complète peut être trouvée sur le site de la World Nuclear Association.

NuScale Power Corporation (SMR)

SMR Graphique du prix

NuScale est un leader d’un nouveau type de conception de réacteur nucléaire appelé Small Modular Reactors (SMRs).

Le design principal de NuScale peut être transporté par camion et produira 77 MWe par module, avec jusqu’à 12 modules par centrale terminée, soit près de 1 GW de puissance nominale.

Source: Nuscale

Ce design est suffisamment petit pour être installé sur le site d’une centrale à charbon désaffectée, permettant de réutiliser toute la sécurité et l’infrastructure du réseau déjà existantes. NuScale a également été le premier SMR à être certifié par la US Nuclear Regulatory Commission (NRC).

L’entreprise a déjà sécurisé des contrats en Roumanie. Elle envisage également plus de 15 autres clients potentiels engagés à déployer des SMR et plus de 120 clients potentiels. En outre, des clients industriels comme les aciéries cherchent à décarboniser leurs opérations et à sécuriser des sources d’énergie bon marché et fiables.

Cependant, il se trouve au centre des interrogations sur la viabilité économique des SMR, après que son projet Carbon Free Power avec Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) a été annulé en raison d’augmentations de coûts. Le cours de l’action de la société a fortement chuté à la suite de la nouvelle, même s’il s’est quelque peu redressé depuis.

General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)

GE Graphique du prix

GE, en collaboration avec Hitachi, développe le petit réacteur modulaire BWRX-300. Il s’appuie sur l’expérience des deux entreprises dans le domaine nucléaire pour créer ce réacteur de 300 MW.

Source: GE

GE a été sélectionné pour des projets pilotes de SMR au Canada par Ontario Power Generation et par SaskPower en Saskatchewan.

Aux États‑Unis, il a conclu un accord avec la Tennessee Valley Authority (TVC ) et est en discussion avec plusieurs autres compagnies d’utilité.

À l’échelle mondiale, il a été choisi pour une flotte de 79 SMR en Pologne, à déployer par la société Orlen d’ici 2038. Il a également été sélectionné en Estonie, en République tchèque et en Suède, et est en discussion au Royaume‑Uni et dans le reste du monde pour d’autres ventes.

Le succès de GE/Hitachi dans la promotion du BWRX-300 est impressionnant et pourrait être le meilleur succès international dans l’industrie des SMR. Il est probable que la popularité du design ne repose pas uniquement sur son ingénierie, mais sur la réputation de ses sociétés mères, leur réseau d’influence, ainsi que la certitude d’un soutien financier disponible, comparé aux petites startups.

Rolls-Royce Holdings plc (RYCEY)

Rolls‑Royce n’est pas seulement un fabricant de voitures de luxe, mais aussi un leader en aéronautique (notamment les moteurs à réaction) et en technologies d’ingénierie avancée.

L’entreprise cherche à devenir le leader britannique de la technologie SMR. Son design fournit 470 MW par module.

Source: Rolls Royce

Rolls‑Royce discute le déploiement de ses SMR aux Pays‑Bas. Il est également en discussions en Suède et en Finlande, ainsi que la République tchèque (including with le constructeur automobile Skoda), et la Pologne.

Rolls‑Royce semble principalement concentré sur les marchés européens et les applications industrielles, probablement un choix judicieux compte tenu de la crise énergétique que traverse le continent. Une crise qui pourrait s’aggraver avec la possible fermeture du canal de Suez aux importations d’énergie, sujet que nous avons abordé dans notre article « Fossil Fuel Supplies Troubles – Looming Shipping And Energy Crisis ».

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

BEP Graphique du prix

Westinghouse Nuclear a été un pionnier de l’énergie nucléaire aux États‑Unis depuis les débuts de l’industrie. Elle a récemment été acquise conjointement par le mineur d’uranium Cameco (49 %) et la vaste société d’énergie bas carbone BEP (51 %), filiale du groupe encore plus grand Brookfield ( BN), avec $850B sous gestion.

Le design AP300 SMR de Westinghouse est une version réduite de ses réacteurs conventionnels AP1000. Actuellement, 4 AP1000 fonctionnent en Chine, avec 6 autres en construction en Chine et 2 en Géorgie, États‑Unis (le projet Vogtle de Géorgie a également gagné la mauvaise réputation pour ses retards et dépassements de coûts), ainsi qu’un projet de 3 à 6 réacteurs en Pologne et 6 en Inde.

Avec une capacité de 990 MW, ce design SMR se situe à mi‑chemin entre les réacteurs conventionnels et les réacteurs « petits ».

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

L’entreprise cotée en privé est notoirement soutenue par Bill Gates. Alors que les grandes sociétés et NuScale cherchent principalement à améliorer le design conventionnel des centrales nucléaires en modifiant la taille et la méthode de production, TerraPower cherche à le transformer radicalement.

Son innovation clé est un réacteur à sel fondu, que l’entreprise exploite dans un partenariat avec GE‑Hitachi pour développer le réacteur Natrium, un réacteur de 345 MWe. La technologie devrait être déployée dans une centrale à charbon en cours de mise hors service dans le Wyoming. Elle travaille également sur le design du Molten Chloride Fast Reactor (MCFR).

Les sels fondus servent à la fois de combustible, contenant les éléments radioactifs, et de fluide caloporteur. Cela pourrait le rendre intrinsèquement plus sûr, car des températures trop élevées font dilater les sels, réduisant spontanément la réaction nucléaire et entraînant des températures plus basses.

Cela permettrait également un rechargement continu au lieu d’arrêter le réacteur tous les 18 à 24 mois. Il pourrait aussi accepter du combustible à base d’uranium à divers degrés d’enrichissement, le rendant plus flexible.

Comme les neutrons ne sont pas ralentis comme dans un réacteur nucléaire conventionnel, cela devrait rendre la réaction beaucoup plus efficace.

Source: Terrapower

Même ces innovations radicales dans une industrie très conservatrice et prudente ne suffisent pas à TerraPower. Elle développe son « objectif à long terme » du design du Traveling Wave Reactor (TWR®), qui pourrait fonctionner avec de l’uranium non enrichi pendant des siècles, et être 30 fois plus efficace que les conceptions conventionnelles.

L’industrie de l’énergie nucléaire, soucieuse de ne pas répéter les erreurs des précédents accidents de réacteurs, est actuellement extrêmement sceptique à l’égard de toute nouvelle conception radicale. Cela peut jouer à la fois en faveur et contre TerraPower.

D’une part, leur approche radicale et innovante pourrait créer un design unique et beaucoup plus sûr. D’autre part, ils pourraient devoir affronter une lutte difficile pour convaincre les autorités nucléaires préoccupées d’accepter même le lancement expérimental de leurs réacteurs.

Terrestrial Energy

Une autre société de sel fondu est Terrestrial Energy (IMSR ), avec son Integral Molten Salt Reactor.

L’entreprise affirme résoudre un problème clé des conceptions de réacteurs à sel fondu lié à la durée de vie du modérateur en graphite. En faisant du cœur du réacteur une unité entièrement intégrée, il devient facilement remplaçable, avec une durée de vie de 7 ans.

Ce design bénéficie également des mêmes avantages que les autres réacteurs à sel fondu, comme une meilleure sécurité et une efficacité supérieure grâce à des températures plus élevées.

Moltex Energy

Moltex est une société britannique développant un réacteur de combustion de déchets nucléaires, un type de réacteur également connu sous le nom de Stable Salt Reactor – Wasteburner (SSR‑W) à Point Lepreau au Canada.

Le design peut modifier rapidement sa production d’énergie, ce qui en fait un complément idéal aux énergies renouvelables intermittentes.

“Cette technologie nucléaire avancée possède la flexibilité des centrales à gaz, mais elle génère de l’électricité à moindre coût et sans émissions de carbone,”
MoltexFLEX

Le réacteur n’a aucune pièce mobile et se refroidit passivement, nécessitant beaucoup moins de supervision qu’un réacteur conventionnel.

Parce que Moltex repose sur les déchets nucléaires, il ne pourra jamais totalement remplacer les conceptions standard ou SMR. Cependant, il peut occuper une niche unique en produisant une énergie bon marché tout en réduisant les déchets nucléaires et en offrant une source d’énergie bas carbone très réactive et flexible à la demande.

Rosatom

L’entreprise d’État nucléaire russe est leader de l’industrie depuis des décennies. Elle a été l’une des premières à développer quelque chose de similaire à un petit réacteur. Actuellement, elle ne semble pas vraiment se concentrer sur le développement de SMR, à l’exception de la production nucléaire maritime.

L’idée déjà déployée consiste à installer sur un navire une petite centrale nucléaire similaire à celle qui alimente les sous-marins nucléaires ou les porte-avions. Cette centrale flottante peut ensuite être déployée dans les zones qui en ont besoin, dans le cas de la Russie principalement les villes et sites industriels de l’océan Arctique.

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

Avec 80 % de la population mondiale vivant dans des régions côtières, ce design pourrait devenir populaire. Pour l’instant, le modèle économique envisagé serait que Rosatom posséderait et exploiterait la barge énergétique, et vendrait l’électricité, y compris à l’étranger.

Il offre également un certain niveau de flexibilité, avec la possibilité de déplacer une centrale dans des zones touchées par des catastrophes comme un ouragan, ou vers des régions isolées disposant de peu d’infrastructures énergétiques.

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.

C’est là qu’intervient la société danoise Seaborg. L’entreprise développe un réacteur compact à sel fondu qui est également une centrale flottante d’une puissance allant jusqu’à 800 MW.

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 « The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks ».

X-Energy

L’innovation de X‑Energy dans le domaine nucléaire consiste à utiliser un type de combustible différent de l’uranium enrichi conventionnel, le combustible TRISO‑X.

Le combustible TRISO‑X utilise du « High Assay Low Enriched Uranium » (HALEU), permettant des périodes de fonctionnement plus longues, ce qui devrait réduire les coûts. Son design devrait également intégrer dans le combustible même le système de confinement, augmentant drastiquement son niveau de sécurité.

Son réacteur Xe‑100 est un réacteur à haute température refroidi par gaz (HTGR), un design de 80 MWe considéré comme faisant partie de la 4^e génération de centrales nucléaires. De tels réacteurs revendiquent un périmètre de sécurité de 400 m (contre 10 miles pour les conceptions conventionnelles).

Les conceptions de X‑Energy pourraient présenter des avantages techniques, mais pourraient également être vulnérables aux enjeux géopolitiques. Le combustible HALEU est principalement fourni aux États‑Unis par le Rosatom russe, et cela pourrait être menacé par la guerre en Ukraine. Des approvisionnements alternatifs de la part de Centrus aux États‑Unis ou d’Orano en France pourraient prendre 5 à 10 ans à se développer, mettant en danger l’approvisionnement en combustible nucléaire de l’entreprise.

L’entreprise a annoncé en octobre 2023 qu’elle avait résilié son accord avec SPAC Ares Acquisition Corporation  pour que X‑Energy devienne cotée en bourse.

China

Pendant longtemps importateur de technologie nucléaire de la Russie et de l’Occident, la Chine devient rapidement un innovateur majeur de l’industrie.

Le pays compte 55 centrales nucléaires actives, 22 en construction et 70 autres prévues. Au total, il a annoncé en 2021 son ambition de construire 150 nouvelles centrales. Il a également réalisé la première production commerciale au monde d’une centrale nucléaire de 4^e génération en décembre 2023.

En plus des grandes centrales conventionnelles, les entreprises chinoises développent également un réacteur à thorium refroidi par air qui conviendrait parfaitement aux zones arides manquant d’eau suffisante pour les conceptions traditionnelles à eau pressurisée.

Il y a également le développement d’un design compact à sel fondu au thorium pour alimenter des porte-conteneurs sans aucune émission de carbone ni besoin de rechargement. Cela pourrait concrétiser le rêve des navires nucléaires commerciaux d’abord imaginé dans le programme « atom for Peace » des années 1960, le US Savannah. Peut-être symboliquement, le US Savannah a été annoncé pour la mise hors service en janvier 2023

US Savannah – Source: ANS

Copenhagen Atomics

L’entreprise danoise cherche à construire un réacteur à sel fondu alimenté au thorium pouvant tenir dans des conteneurs standard de 40 pieds.

La société affirme que son réacteur pourrait être commercialement disponible pour 100 000 $ ou en location tout en délivrant 100 MW de puissance thermique, avec une température de 560 °C. Le premier produit de démonstration est prévu pour 2025.

Source: Copenhagen Atomics

D’ici 2028, la société prévoit également d’avoir construit son premier brûleur de déchets. Il pourra prendre des déchets radioactifs qui dureraient 100 000 ans et réduire leur période dangereuse à seulement 300 ans tout en produisant de l’énergie.

En se concentrant simultanément sur toutes les innovations nucléaires les plus avancées (thorium, sels fondus, brûleur de déchets, réacteur de taille conteneur), Copenhagen Atomics est probablement l’une des startups les plus ambitieuses du secteur nucléaire. Ainsi, une grande partie de son succès ou de son échec futur dépendra probablement de la rapidité avec laquelle le cadre réglementaire pourra évoluer pour accueillir des conceptions nucléaires radicalement nouvelles, plus que des simples réalisations techniques de l’entreprise.