Le nucléaire de 4e génération : Pouvons-nous résoudre les problèmes qui subsistent dans le nucléaire ?

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Mis à jour le: 03 Mar 2021

Dans le dernier chapitre, nous avons appris qu’il y avait quatre problèmes fondamentaux avec l’énergie nucléaire :

Les déchets nucléaires
Les explosions nucléaires
Des coûts élevés
Une longue durée de construction

Nous évaluerons différentes idées à l’aide de ce schéma :

Le plus simple : construire de petits réacteurs modulaires

Et si, au lieu de construire un gros réacteur sur place, nous produisions en masse des composants plus petits dans une usine et que nous les expédions là où on en a besoin ? Ils pourraient être prêts à installer très rapidement dès qu’un état décide de les acheter. Ces réacteurs sont appelés petits réacteurs modulaires (SMR). Ils sont « modulaires » parce que de multiples petits réacteurs (appelés « modules ») peuvent être combinés sur place pour fournir la même puissance qu’un grand réacteur conventionnel :

Image of Petits réacteurs modulaires — Petits réacteurs modulaires

Les modules seraient prêts à installer dès qu’un état décide de les acheter.

Les SMR utilisent de l’uranium et de l’eau comme des réacteurs conventionnels. Cependant, de nombreuses conceptions SMR sont capables de se refroidir passivement, ce qui signifie qu’une panne de courant ne provoque pas de fusion et d’explosion nucléaires .

Les premiers SMR sont en cours de déploiement et d’autres encore sont au stade du développement et dans le processus d’octroi de licences . La commercialisation totale est attendue vers 2030.

Malheureusement, les SMR présentent encore un problème de déchets nucléaires car ils utilisent du combustible nucléaire ordinaire .

Plus efficace - Réacteurs nucléaires à sels fondus (RSF)

Les réacteurs dont nous avons discuté dans le dernier chapitre utilisent l’eau comme refroidisseur (pour évacuer l’énergie) et comme modérateur . Les réacteurs à sels fondus (RSF) utilisent à la place du sel fondu comme refroidisseur . Le sel fondu est truement comme son nom l’indique, du sel liquide .

Image of Réacteur nucléaire à sels fondus — Réacteur nucléaire à sels fondus

Pourquoi le sel fondu ?

Haute température : Les réacteurs à eau ordinaires ne produisent que des températures allant jusqu’à 300 °C. Les RSF peuvent atteindre jusqu’à 850 °C. Cela améliore l’efficacité thermodynamique et donc la consommation de carburant, et permettrait aux RSF de fournir de la chaleur pour les processus industriels à haute température qui aujourd’hui ont recours aux combustibles fossiles.
Haut rendement : Les RSF ont un rendement énergétique supérieur de 30% à celui des réacteurs à eau, ce qui signifie un peu moins de déchets pour la même puissance.
Pas d’explosions : Comme tous les réacteurs modernes (même ceux d’aujourd’hui), les RSF s’arrêtent en cas de surchauffe, ce qui signifie qu’ils n’exploseraient pas.

Malheureusement, le problème des déchets nucléaires persiste encore. De plus, il n’existe actuellement aucun matériau abordable qui peut contenir du sel en fusion à des températures aussi élevées que 850°C pendant une longue durée. Ce qui veut dire qu’il faut davantage de recherche fondamentale et d’innovation pour faire des RSF une réalité.

Pouvons-nous recycler les déchets nucléaires comme combustibles ?

Image of Pouvons-nous recycler les déchets nucléaires ? — Pouvons-nous recycler les déchets nucléaires ?

Nous avons vu dans le chapitre précédent que les déchets nucléaires se présentent en grande partie sous deux formes :

Uranium-238 appauvri : L’uranium naturel est composé de 99,3% d’U-238 et de 0,7% d’U-235 , mais doit contenir 4 à 5% d’U-235 pour les réacteurs . Lors de la création de ce combustible enrichi, nous perdons une grande quantité d’U-238.
Combustible usé : Lorsqu’un réacteur a utilisé le combustible enrichi pendant un certain temps, il est remplacé par du nouveau combustible. On appelle ce qui reste le combustible usé.

Les réacteurs à onde progressive (TWR) sont conçus pour utiliser de l’Uranium-238 appauvri comme combustible. Les TWR produisent 80% de déchets radioactifs (par masse) de moins que les réacteurs conventionnels.

Encore plus intéressant, les TWR pourraient en principe recycler le combustible nucléaire usé , mais pour cela, des progrès significatifs de la recherche sont nécessaires .

L’idée clé derrière ces réacteurs est qu’ils fabriquent leur propre combustible. Cela peut ressembler à ça :

Image of Surgénération de combustible — Surgénération de combustible

Ici, nous commençons avec de l’U-238 qui, seul, ne peut pas alimenter des réacteurs nucléaires normaux. Puis, en ajoutant un neutron, nous le transformons en U-239. U-239 se dégrade rapidement et devient Plutonium-239, une autre matière radioactive. C’est ce qui alimente ensuite les réactions de fission nucléaire et crée la chaleur qui finira par devenir l’énergie que nous obtenons du réacteur. Tout cela se passe dans le réacteur !

Comme tous les autres réacteurs modernes, les TWR s’éteindraient s’il y avait une panne de courant, ce qui signifie qu’ils n’exploseraient pas.

Des travaux sur les TWR sont en cours depuis des décennies - sans succès. Mais après des années de simulations informatiques et d’essais, une société appelée Terrapower (principalement financée par Bill Gates) pense maintenant pouvoir réaliser une opération stable à long terme .

Leur prototype était censé être prêt à l’emploi en 2022, mais les tensions politiques entre les États-Unis et la Chine ont entrainé l’arrêt de la construction en 2018. Nous verrons ce qui peut être fait à partir de là.

Alors, que devrions-nous faire ?

Les petits réacteurs modulaires (SMR) et les réacteurs conventionnels sont maintenant disponibles . Ils pourraient remplacer le charbon pour la production d’électricité de base avec des émissions de CO₂ proches de zéro. Comme indiqué dans le chapitre précédent, les réacteurs nucléaires modernes sont extrêmement sûrs et ne provoquent pas d’explosions . Si les déchets nucléaires sont néfastes, nous devons les comparer aux dangereuses émissions de CO₂ et à d’autres pollutions produites par la combustion de combustibles fossiles.

En parallèle, les gouvernements detrueent permettre aux entreprises de tester des réacteurs nucléaires avancés à un rythme beaucoup plus soutenu .

Image of Il nous faut plus de recherche — Il nous faut plus de recherche

Si tu veux en savoir plus sur le nucléaire, consulte certains des concepts que nous n’avons pas abordés dans ce chapitre :

Utiliser du Thorium : Au lieu de l’Uranium-235, utiliser un élément appelé Thorium comme combustible.
D’autres liquides de refroidissement : Au lieu de l’eau ou du sel en fusion, nous pouvons utiliser du gaz ou des métaux liquides.
Des réacteurs sans modérateurs : Des réacteurs rapides peuvent fonctionner directement avec des neutrons rapides (les modèles actuels doivent utiliser un modérateur pour ralentir les neutrons, comme discuté dans le chapitre précédent) . Les réacteurs conventionnels doivent ralentir les neutrons pour leur permettre de scinder U-235.

Passons maintenant aux énergies renouvelables !

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