Nous sommes peut-être au bord d'un nouveau paradigme pour l'énergie nucléaire, a suggéré récemment un groupe de spécialistes du nucléaire dans The Bridge, le journal de la National Academy of Engineering. Tout comme les gros ordinateurs coûteux et centralisés ont cédé la place aux PC largement distribués d'aujourd'hui, une nouvelle génération de réacteurs fabriqués en usine relativement petits et peu coûteux, conçus pour un fonctionnement plug-and-play autonome similaire au branchement d'une batterie surdimensionnée, est à l'horizon, disent-ils.

Ces systèmes proposés pourraient fournir de la chaleur pour les processus industriels ou de l'électricité pour une base militaire ou un quartier, fonctionner sans surveillance pendant cinq à 10 ans, puis être renvoyés par camion à l'usine pour être remis à neuf. Les auteurs—Jacopo Buongiorno, professeur TEPCO du MIT en sciences et ingénierie nucléaires ; Robert Frida, fondateur de GenH ; Steven Aumeier du Laboratoire national de l'Idaho ; et Kevin Chilton, commandant à la retraite du Commandement stratégique américain, ont surnommé ces petites centrales électriques des « batteries nucléaires ». En raison de leur simplicité de fonctionnement, ils pourraient jouer un rôle important dans la décarbonisation des systèmes électriques mondiaux afin d'éviter un changement climatique catastrophique, selon les chercheurs. MIT News a demandé à Buongiorno de décrire la proposition de son groupe.

Q :L'idée de réacteurs nucléaires modulaires plus petits est discutée depuis plusieurs années. En quoi cette proposition de batteries nucléaires est-elle différente ?

R :Les unités que nous décrivons poussent ce concept de fabrication en usine et de modularité à l'extrême. Des propositions antérieures ont porté sur des réacteurs de l'ordre de 100 à 300 mégawatts de puissance électrique, qui sont un facteur 10 plus petits que les grosses bêtes traditionnelles, les gros réacteurs nucléaires à l'échelle du gigawatt. Ceux-ci pourraient être assemblés à partir de composants fabriqués en usine, mais ils nécessitent encore un certain assemblage sur le site et beaucoup de travail de préparation du site. C'est donc une amélioration par rapport aux plantes traditionnelles, mais ce n'est pas une énorme amélioration.

Ce concept de batterie nucléaire est vraiment différent en raison de l'échelle physique de ces machines - environ 10 mégawatts. Il est si petit que toute la centrale électrique est en fait construite dans une usine et tient dans un conteneur standard. L'idée est d'intégrer l'ensemble de la centrale électrique, qui comprend un microréacteur et une turbine qui convertit la chaleur en électricité, dans le conteneur.

Cela présente plusieurs avantages d'un point de vue économique. Vous découplez complètement vos projets et votre technologie du chantier de construction, qui a été la source de tous les retards de calendrier et dépassements de coûts possibles pour les projets nucléaires au cours des 20 dernières années.

De cette façon, il devient une sorte d'énergie à la demande. Si le client veut de la chaleur ou de l'électricité, il peut l'obtenir en quelques mois, voire quelques semaines, puis c'est prêt à l'emploi. Cette machine arrive sur le site, et quelques jours plus tard, vous commencez à récupérer votre énergie. Donc, c'est un produit, ce n'est pas un projet. C'est comme ça que j'aime le caractériser.

Q :Vous parlez de la possibilité d'avoir de telles unités largement distribuées, y compris même dans les zones résidentielles pour alimenter des quartiers entiers. Dans quelle mesure les gens peuvent-ils être sûrs de la sécurité de ces plantes ?

R :Il est exceptionnellement robuste, c'est l'un des arguments de vente. Tout d'abord, le fait qu'il soit petit est bon pour diverses raisons. D'une part, la quantité globale de chaleur générée est proportionnelle à la puissance, qui est faible. Mais plus important encore, il a un rapport surface/volume élevé car, encore une fois, il est petit, ce qui le rend beaucoup plus facile à garder au frais en toutes circonstances. Il est refroidi passivement, à un point où personne n'a rien à faire. Vous n'avez même pas besoin d'ouvrir une vanne ou quoi que ce soit. Le système prend soin de lui-même.

Il dispose également d'une structure de confinement très robuste qui l'entoure pour le protéger contre toute libération de rayonnement. Au lieu du grand dôme en béton traditionnel, il y a des coques en acier qui encapsulent essentiellement l'ensemble du système. Et en ce qui concerne la sécurité, sur la plupart des sites, nous prévoyons que ceux-ci seraient situés sous le niveau du sol. Cela offre une certaine protection et une sécurité physique contre les attaquants externes.

Quant aux autres problèmes de sécurité, vous savez, si vous pensez aux fameux accidents nucléaires, Three Mile Island, Tchernobyl, Fukushima, ces trois problèmes sont liés à la conception de ces batteries nucléaires. Parce qu'ils sont si petits, il est fondamentalement impossible d'obtenir ce type de résultat à partir d'une séquence d'événements.

Q :Comment savons-nous que ces nouveaux types de réacteurs fonctionneront ? Que faudrait-il faire pour que ces réacteurs deviennent largement disponibles ?

R :La NASA et le Laboratoire national de Los Alamos ont réalisé un projet de démonstration similaire, qu'ils ont appelé un microréacteur, pour des applications spatiales. Il ne leur a fallu que trois ans, du début de la conception à la fabrication et aux tests. Et cela leur a coûté 20 millions de dollars. C'était des ordres de grandeur plus petits que les grandes centrales nucléaires traditionnelles qui coûtent facilement plus d'un milliard de dollars et prennent une décennie ou plus à construire.

Il existe également différentes entreprises qui développent actuellement leurs propres conceptions, et chacune est un peu différente. Westinghouse travaille déjà sur une version de telles batteries nucléaires (bien qu'ils n'utilisent pas ce terme), et ils prévoient de faire fonctionner une unité de démonstration dans deux ans.

La prochaine étape consistera à construire une usine pilote dans l'un des laboratoires nationaux qui dispose d'un équipement complet pour tester les systèmes de réacteurs nucléaires, comme le Laboratoire national de l'Idaho. Ils ont un certain nombre d'installations qui sont modifiées pour accueillir ces microréacteurs, et ils ont des niveaux de sécurité supplémentaires. Parce qu'il s'agit d'un projet de démonstration, vous voulez vous assurer que si quelque chose se produit que vous n'aviez pas prévu, vous n'aurez aucun rejet dans l'environnement.

Ensuite, l'usine pourrait passer par un programme accéléré de tests, la soumettant à des conditions plus extrêmes que celles qui seraient jamais rencontrées en fonctionnement normal. Vous en abusez essentiellement et montrez par des tests directs qu'il peut supporter toutes ces charges ou situations externes sans dépasser les limites de défaillance. Et une fois que cela aura été prouvé dans des conditions rigoureuses, des installations commerciales à grande échelle pourraient commencer assez rapidement.

Ces batteries nucléaires sont parfaitement adaptées pour créer de la résilience dans des secteurs très différents de l'économie, en fournissant une source d'énergie stable et fiable pour soutenir la dépendance croissante aux sources d'énergie renouvelables intermittentes telles que l'énergie solaire et éolienne. De plus, ces systèmes hautement distribués peuvent également aider à atténuer les pressions sur le réseau en étant situés juste là où leur production est nécessaire. Cela peut fournir une plus grande résilience contre toute perturbation du réseau et éliminer pratiquement le problème des pertes de transmission. S'ils deviennent aussi répandus que nous l'envisageons, ils pourraient contribuer de manière significative à la réduction des émissions mondiales de gaz à effet de serre.