L’approbation d’une centrale nucléaire pilote utilisant des sels fondus comme liquide de refroidissement au lieu de l’eau, un pas vers des réacteurs plus sûrs
Kairos Power, une startup californienne, a reçu l’autorisation de construire dans le Tennessee son réacteur de démonstration Hermes, qui utilise du sel fluoré fondu – plutôt que de l’eau – comme liquide de refroidissement. Les réacteurs refroidis aux sels fondus sont considérés comme intrinsèquement plus sûrs, plus flexibles et plus efficaces que leurs équivalents refroidis par eau car ils fonctionnent à des pressions beaucoup plus faibles. La startup a reçu l’autorisation de la Commission de réglementation nucléaire (NRC) pour la centrale pilote, c’est la première fois en 50 ans qu’un réacteur non refroidi à l’eau passe avec succès le processus de test, qui a duré près de deux ans. « Kairos Power est ravi d’avoir franchi cette étape réglementaire majeure alors que nous effectuons les derniers préparatifs en vue du démarrage de la construction sur le site Hermes l’année prochaine », a déclaré Mark Laufer, directeur général de Kairos Power.
Le réacteur à haute température refroidi par des sels fluorés de Kairos utilise un cycle de vapeur efficace et flexible pour convertir la chaleur de fission en électricité. Le sel fondu diffère de l’eau de refroidissement en ce sens qu’il reste liquide à haute température (~600°C) à pression atmosphérique. Ces liquides de refroidissement fondus sont considérés comme plus sûrs que leurs homologues à base d’eau, car le sel reste liquide sans pressurisation jusqu’à près de 1 400 °C, par rapport aux systèmes refroidis à l’eau qui ne fonctionnent qu’à environ 300 °C et 1,5 MPa.
Un réacteur à eau sous pression fait circuler de l’eau autour du cœur du réacteur sous haute pression pour empêcher l’ébullition, refroidissant le combustible nucléaire et agissant comme un modérateur qui absorbe les neutrons pour aider à réguler la réaction. L’eau du cœur est chauffée par fission nucléaire, puis pompée dans un échangeur de chaleur où une source d’eau distincte est bouillie pour produire la vapeur qui alimente les turbines qui produisent de l’électricité.
Les réacteurs à sels fondus pompent du sel liquide à basse pression plutôt que de l’eau à haute pression à travers le système afin de pouvoir fonctionner à des températures plus élevées, augmentant ainsi l’efficacité et l’économie lors de la production d’électricité. Le concept n’est cependant pas entièrement nouveau, puisqu’un réacteur à sels fondus était opérationnel dans les années 1960 mais n’a pas pu continuer en raison de coupes budgétaires et de problèmes de prolifération. Depuis lors, plusieurs types de sels fluorés ont été étudiés pour les réacteurs à sels fondus, l’énergie nucléaire étant de nouveau sur le devant de la scène en tant que source d’énergie à faible teneur en carbone. « Le sel fondu a des propriétés liquides similaires à celles de l’eau, vous pouvez le pomper, il s’écoule dans des tuyaux, il a une très bonne capacité thermique… le sel est bon marché, il est très stable, il n’est pas toxique », explique Nicholas Smith, directeur adjoint de l’organisme. Centre national d’innovation en réacteurs.
Flibe, nom donné à un mélange de fluorures de lithium et de béryllium, a été conçu sur mesure pour le réacteur Hermes par les chercheurs du Oak Ridge National Laboratory. « Une vaste expérience et des informations de conception proviennent du premier programme américain de développement de réacteurs qui étudiait et testait des réacteurs à sels fondus à combustible liquide », écrit Kairos, ajoutant que le flibe est compatible avec les matériaux de structure à haute température. De plus, Flibe n’est pas décomposé par les radiations, ne réagit pas violemment avec l’air ou l’eau et peut transporter plus de chaleur que le même volume d’eau. « Dans le réacteur de Kairos Power, il n’est pas nécessaire de prévoir un liquide de refroidissement d’appoint puisque le liquide de refroidissement ne peut pas s’évaporer et… (cela) permet une plus grande capacité de refroidissement dans des scénarios d’accident par rapport aux réacteurs refroidis à l’eau », explique Kairos.
Cailloux radioactifs
Le réacteur Hermès utilisera des galets de combustible à particules isotropes tristructuraux (Triso) – le combustible nucléaire le plus robuste au monde – pour chauffer le liquide de refroidissement du flibe. Dans ces galets, le combustible d’uranium est niché à l’intérieur d’une structure en carbure de silicium recouverte de graphite de la même taille qu’une balle de tennis. «Ils utilisent un caillou Triso au lieu de barres de combustible solide, ce qui présente des avantages en matière de sécurité… l’uranium est confiné – vous disposez là d’une autre couche de défense inhérente», explique Smith. «Si l’un des cailloux se brise, la plupart des produits de fission sont solubles dans le sel. Ils ne s’échappent pas comme on le sait dans un système d’eau.
Ce projet est soutenu par le programme de démonstration de réacteurs avancés du ministère de l’Énergie pour soutenir le développement par l’industrie de réacteurs nucléaires avancés aux États-Unis. Le projet de 100 millions de dollars (79 millions de livres sterling) devrait être achevé d’ici la fin de 2026 dans le but d’établir la viabilité de la technologie des sels fondus. Bien que cette centrale pilote ne produise pas d’électricité, Kairos a l’ambition de se doter de réacteurs plus grands de 100 MW qui contribueront à la décarbonation. «Nous avons fait un grand pas en avant sur la voie du déploiement d’une énergie propre, sûre, fiable et abordable dans l’est du Tennessee et au-delà», déclare Laufer.
«J’aimerais voir le projet Kairos démarrer avec succès et commencer à produire de l’électricité… et avoir suffisamment de succès avec ce réacteur unique en son genre pour qu’un autre suive», déclare Smith. Les réacteurs à sels fondus « ouvrent de nombreuses opportunités non seulement pour la décarbonation, mais aussi pour l’utilisation directe de la chaleur issue de la production d’électricité », ajoute-t-il.
