05 Février 2018  |  Énergie
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 11/2017

Les petits réacteurs nucléaires modulaires

Plusieurs pays sont en train de développer de petits réacteurs modulaires (SMR) pour assurer la production d’électricité dans les cas où le recours à de grandes installations n’aurait pas de sens. En optant pour la modularité, les développeurs visent à réduire à la fois les coûts de la production en série et la durée des travaux de construction. Trois installations pilotes sont en chantier et la Chine devrait lancer la construction d’un nouvel SMR fin 2017.

Selon la brochure Advances in Small Modular Reactor Technology Developments publiée en août 2016 par l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), une cinquantaine de projets de petits réacteurs nucléaires modulaires (SMR) sont en cours de développement, pour différents domaines d’application, dans douze pays. Trois installations sont d’ores et déjà en construction: le Carem-25 - une cuve sous pression intégrée - en Argentine, le HTR-PM - un réacteur haute température à lit de boulets - en Chine, et le KLT-40S - une centrale nucléaire flottante - en Russie. Ces trois SMR devraient être mis en service à l’horizon 2020. Plusieurs douzaines d’autres SMR devraient suivre peu après.
Ainsi, comme l’a annoncé début mai le quotidien China Daily, la China National Nuclear Corporation (CNNC) a obtenu l’autorisation de construire un réacteur ACP100 sur l’île de Hainan dans le sud de la mer de Chine. Le chantier devrait démarrer fin 2017. L’installation pilote sera bâtie à côté de la centrale nucléaire de Changjiang.
 
Les possibilités d’application de l’ACP100.
 
 
Pas plus grand qu’un autocar
Egalement appelé Linglong One par la CNNC, ce type de réacteur offre une puissance de 385 MWt/125 MWe par module. Il est doté d’une cuve de 10 m de haut et d’un peu plus de 3 m de diamètre, ce qui correspond à peu près aux dimensions d’un autocar. L’ensemble du système nucléaire de production de vapeur, qui comprend le cœur du réacteur, les seize générateurs de vapeur OTSG (Once Through Steam Generator) et le pressuriseur, est intégré dans la cuve.
 
Le cœur du réacteur
Le cœur du réacteur comprend 57 assemblages combustibles d’une longueur active de 2,15 m, composés chacun de 17 x 17 crayons en configuration quadratique. Le combustible présente un taux d’enrichissement d’environ 4 %. Le réacteur est conçu pour un cycle de 24 mois. Sa puissance est régulée par des barres de commandes, des absorbeurs de neutrons et du bore solubilisé. Les 25 barres de commande sont abaissées et relevées au moyen d’un mécanisme magnétique. Le cœur du réacteur est refroidi par circulation forcée, tant en exploitation normale qu’à l’arrêt. La circulation du caloporteur est assurée par quatre pompes à rotor noyé disposées en étoile à l’extérieur de la cuve du réacteur.
 
Les systèmes de sûreté
L’ACP100 est équipé de systèmes de sûreté intrinsèque et de sûreté passive, à savoir un dispositif d’évacuation de la chaleur résiduelle, un système d’inondation du cœur et un système de dépressurisation du réacteur.
Grâce au dispositif d’évacuation de la chaleur résiduelle, le réacteur peut, en cas d’urgence, être refroidi durant trois jours sans intervention du personnel d’exploitation. Cette durée peut être portée à 14 jours en recourant à un autre réservoir de réfrigérant situé à une hauteur supérieure. Les équipements internes de la cuve sont conçus de telle manière que le caloporteur puisse circuler librement entre le cœur du réacteur et les générateurs de vapeur.
La conception de I’ACP100 a été examinée en détail par l’AIEA de juin 2015 à avril 2016, dans le cadre d’un examen générique de sûreté, au terme duquel il est apparu qu’elle était conforme aux exigences. Il s’agissait de la première évaluation de sûreté réalisée par I’AIEA sur un SMR.
Les examens génériques de sûreté permettent à l’AIEA d’évaluer selon ses propres normes, la sûreté de nouvelles conceptions de réacteurs non encore validées définitivement. Cette évaluation ne constitue pas une procédure d’autorisation. Les spécialistes de l’AIEA vérifient plutôt la qualité des documents relatifs à la sûreté, en relevant les points forts, les points faibles et les lacunes.
 
 
 
Un bâtiment en majeure partie souterrain
Le réacteur et l’enceinte de sécurité sont logés dans le bâtiment du réacteur, lequel est en majeure partie souterrain, contrairement à ce qui se fait pour les installations plus puissantes. Les exploitants peuvent doter leur installation d’un maximum de huit modules. Chaque module est conçu pour une durée d’exploitation de 60 ans.
 
Les développements dans le monde
Selon |a CNNC, plusieurs pays s’intéressent à l’ACP100. L’entreprise a indiqué s’être déjà entretenue au sujet des applications possibles de ce SMR, avec l’Arabie saoudite, le Brésil, |e Canada, I’Égypte, la Grande-Bretagne, l’Indonésie, l’Iran, la Mongolie et |e Pakistan.
Dans le cadre du treizième plan quinquennal relatif aux technologies énergétiques novatrices, |a Commission nationale de développement et de réforme (National Development and Reform Commission, NDRC) de Chine a autorisé, début 2015, la conception du réacteur ACP100S, une version flottante de l’ACP100. Le Nuclear Power Institute of China (NPIC), une filiale de la CNNC, avait alors achevé à la fois le développement d’une conception provisoire de centrale nucléaire flottante dotée d’un réacteur de type ACP100S ainsi que les travaux de recherche y relatifs.
En plus de l’ACP100S, la CNNC développe des variantes de moindre puissance, telles que l’ACP10S et l’ACP25S. Ces dernières peuvent être exploitées isolément ou par deux, selon la puissance nécessaire pour l’application souhaitée.
 
Pourquoi un SMR ?
Le développement des petits réacteurs modulaires s’explique par différents facteurs: demande de méthodes de production d’électricité souples, remplacement de centrales à énergie fossile vieillissantes, augmentation des exigences en matière de sûreté et financement attrayant.
L’AIEA subdivise les concepts de SMR en cinq catégories: les SMR terrestres refroidis à l’eau (dans sa brochure Small Modular Reactor Technology Developments, l’organisation classe dix-huit concepts dans cette catégorie), les SMR flottants refroidis à l’eau (sept concepts), les SMR haute température refroidis au gaz (neuf concepts), les SMR à spectre de neutrons rapides (six concepts) et les SMR à sels fondus (huit concepts).
 
Quelques questions à clarifier
Selon l’AIEA, des progrès importants ont été réalisés ces dernières années dans le développement des nouvel||les technologies SMR. Certaines questions techniques ont toutefois attiré l’attention de l’industrie et des autorités. Il faut, par exemple, clarifier le comportement à adopter par les opérateurs, qui devront surveiller et exploiter plusieurs modules SMR depuis une seule salle de commande.
Par ailleurs, certains avantages potentiels des SMR, tels que la suppression du besoin d’évacuer la population en cas d’accident, sont contestés par les autorités. Les aspects économiques suscitent, eux aussi, des interrogations. Les SMR sont certes moins chers à la construction, que |es grandes centrales nucléaires, mais l’AIEA estime que leurs coûts de production par kilowattheure seront vraisemblablement plus élevés.
Compte tenu de tous ces paramètres, l’AIEA considère que les premiers SMR commerciaux seront synchronisés avec le réseau entre 2025 et 2030 et que ce n’est qu’après cette période que l’on ne pourra s’attendre à une diffusion à plus large échelle.
 
(M.B./D.B., d’après diverses sources)
Bulletin Forum nucléaire suisse 2/2017


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