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Dans le contexte énergétique contemporain, marqué par un impératif de transition vers des sources plus propres en réponse au réchauffement climatique, les réacteurs modulaires de petite taille (SMR) se présentent comme des alternatives technologiques pertinentes pour le long terme. Ces unités, compactes et efficaces, ne se limitent pas à une redéfinition du nucléaire traditionnel ; elles se positionnent également comme des éléments clés dans les infrastructures des réseaux intelligents modernes et des systèmes d'énergies renouvelables.
Au sein de ce cadre innovant, la société française Naarea, lauréate de l'appel à projets "Réacteurs Nucléaires Innovants" du plan d'investissement France 2030, avance significativement dans ce domaine. Leur technologie s'articule autour d'un réacteur à sels fondus exploitant des combustibles nucléaires usagés et d'uranium appauvri. Cette approche permet non seulement de réduire les déchets à vie longue, mais aussi de fermer complètement le cycle du combustible nucléaire, ce qui est considéré comme le "Graal" dans le domaine du nucléaire.
Le réacteur développé par Naarea, avec une capacité de 40 mégawatts électriques, est conçu pour être compact, équivalent à un conteneur de la taille d'un autobus. Cette compacité, couplée à un fonctionnement à pression atmosphérique, favorise une flexibilité d'emplacement, rendant possible son installation dans des usines ou des îlots industriels sécurisés. Naarea adopte une approche distinctive, ne se contentant pas de vendre la technologie, mais fournissant de l'énergie, sous forme de chaleur ou d'électricité.
D'un autre côté, la société Jimmy, qui a récemment levé 2.2 millions de fonds en phase d’amorçage pour recruter et industrialiser sa solution, travaille sur des générateurs thermiques basés sur un microréacteur nucléaire de type HTR (High-Temperature Reactor). Les réacteurs HTR sont connus pour leur haute température de fonctionnement qui peut atteindre jusqu'à 750°C, facilitant ainsi des applications industrielles directes telles que la production de chaleur process. Ces réacteurs sont souvent encapsulés dans des modules compacts, permettant une flexibilité d'installation et une intégration aisée dans les infrastructures industrielles existantes.
Là où Naarea présente une transparence technique et opérationnelle, Jimmy reste un brouillard d'innovation, avec des contours flous et des détails techniques éludés. Stratégie délibérée ou un symptôme d'une approche nucléaire encore immature ?
La quête d’un "Newclear" n'est pas sans ses écueils. Les technologies de réacteurs à sels fondus, bien que prometteuses, sont encore en territoire expérimental. Les défis liés à la réglementation, à l'acceptabilité publique et aux coûts initiaux élevés sont des montagnes à franchir avant d'atteindre le sommet de l'innovation durable.
L'Antifragilité des SMR Face à la Fragilité Systémique des systèmes Classiques Les systèmes énergétiques traditionnels, y compris les réacteurs nucléaires classiques, sont souvent conçus pour être robustes. Mais cette robustesse a ses limites. En cas de conditions extrêmes, comme les catastrophes naturelles ou les erreurs humaines, ces systèmes montrent toute leur fragilité. Ils sont vulnérables aux "Design-Basis Accidents" (DBA) et aux "Design Extension Conditions" (DEC), des scénarios qui peuvent entraîner des conséquences catastrophiques.
Plus encore, lorsqu'un accident majeur survient, les réacteurs classiques ont des effets systémiques qui vont bien au-delà du site de l'accident. Ils affectent la confiance du public dans l'énergie nucléaire, ont des répercussions économiques massives et peuvent même influencer la politique énergétique à l'échelle nationale et internationale.Les Small Modular Reactors (SMR), en revanche, incarnent ce que Taleb appelle l'"antifragilité". Ils sont conçus pour non seulement résister aux stress, mais aussi pour s'améliorer en réponse à ceux-ci. Les réacteurs nucléaires classiques et les SMRs sont conçus avec des objectifs de sécurité en tête, mais les conséquences potentielles d'un accident majeur diffèrent considérablement entre les deux.
Réacteurs Classiques
Étendue de la Contamination : En cas d'accident majeur, la zone de contamination peut être très étendue, nécessitant des évacuations massives et des mesures de décontamination à long terme.
Coût Économique : Les coûts associés à la gestion de l'accident et à la décontamination peuvent être astronomiques.
Impact Systémique : Les accidents graves ont des effets systémiques qui vont bien au-delà du site de l'accident, affectant la confiance du public, l'économie, et la politique énergétique à l'échelle nationale et internationale et réduit quasiment ou totalement à néant l'effort de décarbonation.
Small Modular Reactor
Conception de Sécurité Passive : Les SMRs sont conçus avec un haut niveau de sécurité passive ou inhérente, ce qui signifie qu'ils sont généralement plus résistants aux phénomènes naturels.
Périodes de Gestion Post-Accident Plus Longues : Les SMRs ont des périodes de gestion post-accident plus longues, ce qui donne plus de temps pour intervenir et minimiser les dommages.
Coût Économique Réduit : En raison de leur conception plus simple et de leur production en série, les coûts associés à un accident dans un SMR seraient probablement moins élevés que ceux d'un réacteur classique.
Impact Localisé : Les SMRs ont généralement une empreinte spatiale réduite, ce qui pourrait limiter l'étendue de la contamination en cas d'accident.
En somme, bien que les deux types de réacteurs aient des risques associés, les SMR sont conçus pour minimiser ces risques et leurs conséquences potentielles. Leur conception plus simple, leur production en série et leur niveau élevé de sécurité passive ou inhérente les rendent généralement moins susceptibles de subir des accidents graves, et si un tel accident devait se produire, les conséquences seraient probablement moins graves que celles d'un réacteur classique.
Flexibilité, Scalabilité et Mécanismes de Sécurité Avancés des SMRs Les SMR se distinguent par leur flexibilité et leur scalabilité, ce qui leur permet de s'adapter et de prospérer dans des conditions changeantes. Cette adaptabilité est une caractéristique clé de l'antifragilité, un concept qui va au-delà de la simple résilience pour englober la capacité d'un système à s'améliorer en réponse à des défis et des stress.
Mécanismes de Sécurité Avancés Anticipated Transient Without Scram (ATWS) : Il s'agit d'un scénario dans lequel le réacteur est confronté à une condition transitoire, comme une perte de puissance, mais ne s'arrête pas automatiquement comme prévu. Les SMRs sont conçus pour gérer ces situations en utilisant des mécanismes passifs ou inhérents qui permettent au réacteur de se stabiliser sans intervention humaine ou mécanique.
Diverse Shutdown Rod Drive Mechanisms (DSRDM) : Ce sont des mécanismes conçus pour insérer rapidement les barres de contrôle dans le réacteur en cas de besoin, offrant une autre couche de sécurité. Ces mécanismes sont diversifiés pour réduire la probabilité d'une défaillance commune qui pourrait compromettre la sécurité du réacteur.
Réponse aux Défis Thermohydrauliques Les SMR intègrent également des mécanismes qui les rendent résilients aux défis thermohydrauliques. Par exemple, leur conception compacte et leur utilisation de matériaux avancés permettent une meilleure gestion thermique. De plus, les systèmes de refroidissement passifs sont souvent intégrés pour gérer les conditions de surchauffe.
Ces mécanismes de sécurité avancés et leur conception flexible non seulement rendent les SMRs résilients aux défis thermohydrauliques, mais leur permettent également de s'améliorer en réponse à ces défis. Par exemple, les données collectées lors de transitoires ou d'événements de surchauffe peuvent être utilisées pour affiner les modèles de simulation et améliorer la conception et l'exploitation futures des SMRs.
Intégration des SMRs et des Énergies Renouvelables
Coût Économique : Selon une étude de Steigerwald et al. en 2023, les coûts estimés des SMRs étaient initialement de 4 000 $/kWh pour le design NuScale et de 5 000 $/kWh pour le design IRIS. Convertis en euros, ces chiffres deviennent respectivement environ 3 333 €/kWh et 4 167 €/kWh.
Cependant, ces estimations mises en contexte avec des données plus récentes provenance d’un article de l'Institute for Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA) daté du 11 janvier 2023 indique que le prix cible de l'électricité produite par le SMR de 462 mégawatts de NuScale a augmenté de 53%, passant de 58 $/MWh (environ 48 €/MWh) en mi-2021 à 89 $/MWh, soit environ 74 €/MWh.
Cette hausse est due à une augmentation de 75% du coût de construction estimé du projet, qui est passé de 5,3 milliards de dollars (environ 4,42 milliards d'euros) à 9,3 milliards de dollars, soit environ 7,75 milliards d'euros. En termes de coût par kilowatt, cela rend le SMR de NuScale aussi coûteux que le projet nucléaire Vogtle à deux réacteurs actuellement en construction en Géorgie, avec un coût de 20 139 $/kW, soit environ 16 782 €/kW.
Il est également à noter que ces coûts seraient encore plus élevés sans les 4 milliards de dollars (environ 3,33 milliards d'euros) de subventions fiscales fédérales, y compris une contribution de 1,4 milliard de dollars (environ 1,17 milliard d'euros) du Département américain de l'Énergie et une réduction de 30 $/MWh (environ 25 €/MWh) accordée par la loi sur la réduction de l'inflation.
Gestion de la Puissance : Les SMRs peuvent être intégrés dans des systèmes énergétiques hybrides (HES) où ils fonctionnent en tandem avec des éoliennes et des centrales solaires. Lorsque la demande d'énergie diminue, la puissance générée par les SMRs peut être redirigée vers des systèmes de chauffage ou de dessalement, ou même stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure.
Tampon Énergétique : Les batteries thermiques et électriques servent de mécanismes de stockage d'énergie, agissant comme des tampons pour équilibrer la charge du réseau.
Changement de Puissance : Les SMR ont une capacité de changement de puissance comparable à celle des unités thermiques à gaz et au charbon, ce qui leur permet de s'adapter rapidement aux fluctuations de la demande d'énergie.
Réduction des Coûts : Les économies réalisées grâce à la fabrication en série des modules SMR peuvent entraîner des réductions significatives des coûts unitaires, rendant les SMR économiquement compétitifs (Steigerwald et al., 2023).
Conclusion L'intégration de ces Petits Réacteurs Modulaires (SMR) dans les réseaux intelligents modernes représente une approche transformative pour répondre aux besoins énergétiques croissants du monde. Comme nous l'avons exploré dans cet article, les SMR offrent un ensemble unique d'avantages, de leur flexibilité et scalabilité à leur compatibilité avec les sources d'énergie renouvelable. Leur conception modulaire non seulement réduit les coûts en capital, mais permet également un investissement progressif, les rendant une option économiquement viable pour une large gamme d'intervenants. De plus, le rôle des SMR dans l'amélioration de la sécurité énergétique ne peut être surestimé. Leur capacité à être déployés dans des endroits éloignés et à s'adapter aux demandes énergétiques variables en fait un composant intéressant dans un portefeuille énergétique diversifié.
Avec le soutien d'investisseurs renommés tels que Bill Gates et Sam Altman, les SMRs se positionnent dans un cercle commercial vertueux, attirant davantage d'investissements et d'intérêt sans dépendre des aides d’États, comme c'est le cas pour les centrales classiques. Cette influx d'investissements aide non seulement à accélérer le développement et le déploiement des SMRs, mais renforce également leur positionnement comme élément complémentaire aux renouvelables et donc plus respectueux du climat. En s'alignant avec les objectifs climatiques et en collaborant avec les sources d'énergie renouvelable, les SMRs incarnent une étape innovante vers un système énergétique plus durable et économiquement viable, tout en réduisant la dépendance vis-à-vis des soutiens gouvernementaux traditionnels. À mesure que le monde continue de faire face aux défis pressants du changement climatique et de la sécurité énergétique, l'argument en faveur des PRM dans les réseaux intelligents devient de plus en plus convaincant. Ils témoignent du pouvoir de l'innovation et de l'avancement technologique dans la formation d'un avenir durable pour nous tous.
Références
Bjorn Steigerwald, Jens Weibezahn, Martin Slowik, Christian von Hirschhausen, Uncertainties in estimating production costs of future nuclear technologies: A model-based analysis of small modular reactors, Energy, Volume 281, 2023, 128204, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128204. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544223015980
David Schlissel (dschlissel@ieefa.org) is IEEFA director of resource planning analysis - https://ieefa.org/resources/eye-popping-new-cost-estimates-released-nuscale-small-modular-reactor Handbook of Generation IV Nuclear Reactors A Guidebook 2nd Edition - December 7, 2022 Editor: Igor Pioro Hardback ISBN: 9780128205884
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