Des centrales nucléaires flexibles et diversifiées pour les petits réseaux électriques

Fin août 2009, les Sandia National Laboratories américains ont annoncé qu’ils travaillaient sur le développement d’un petit réacteur nucléaire dont la puissance thermique devrait atteindre 300 MW au maximum. Les laboratoires Sandia projettent de concevoir le réacteur de telle manière qu’une interruption de l’exploitation pour le renouvellement du combustible ne serait nécessaire que tous les 20 ans. La Babcock & Wilcox Company a présenté son mPower il y a deux mois. Selon la conception compacte de cette installation, le cœur du réacteur et les générateurs sont logés dans une seule et même cuve, comme tel est le cas du réacteur Sandia. Le mPower devrait pouvoir être exploité sans interruption pendant une durée maximale de 5 ans.

Voici deux exemples parmi de nombreux autres développements de réacteurs nucléaires de petite et moyenne taille. Le besoin de tels systèmes est démontré, de plus en plus de pays s’intéressant à l’utilisation pacifique de l’énergie nucléaire. Mais la construction de centrales nucléaires de puissance élevée exige non seulement que le financement soit réglé, mais aussi que le réseau électricité soit conçu en conséquence.

Déjà de l’eau chaude et de l’électricité en Sibérie

Un exemple d’utilisation commerciale de petits réacteurs nucléaires existe déjà, à savoir à Bilibino dans l’est de la Sibérie, à quelque 160 km au nord du cercle polaire. Les quatre tranches au graphite refroidies à l’eau d’une puissance unitaire de 11 MW électriques livrent à la région du courant et de la chaleur à distance. Bilibino dépend d’un approvisionnement en énergie fiable: l’hiver dure ici huit mois environ, et les températures peuvent tomber à -60°C. Les quatre tranches ont été couplées au réseau entre 1974 et 1976.

Les avantages de la flexibilité d’utilisation

Selon le département de l’énergie nucléaire de l’Agence internationale de l’énergie atomique AIEA, 60 états considèrent désormais le nucléaire comme un élément de leur politique énergétique future. Une vingtaine de ces pays pourraient avoir mis sur pied leur propre programme nucléaire d’ici 2030 déjà. Mais tous ces pays ne disposent pas d’un réseau électrique susceptible d’absorber sans problème des puissances unitaires élevées. Les petites centrales nucléaires offrent à ces pays la possibilité de produire de l’énergie en ruban sur une base décentralisée. L’une des caractéristiques des petits réacteurs qui parle en faveur de leur utilisation dans des régions écartées, par exemple à Bilibino, est leur «maniabilité»: les systèmes de réacteurs de faible puissance se distinguent de leurs grands frères par le fait qu’il est possible de les assembler en une centrale nucléaire de plus grande taille, comme un jeu de construction. C’est ainsi que plusieurs mPower de Babcok & Wilcox, dont la puissance électrique unitaire est de 125 MW, peuvent être interconnectés et former un groupe susceptible de produire 500 MW et plus. Cette construction modulaire permet de réagir avec flexibilité aux besoins du client. L’énergie que livrent ces centrales ne doit pas être utilisée obligatoirement pour la production d’électricité. La mise à disposition d’eau potable par dessalement de l’eau de mer, ou la livraison de chaleur de processus pour les entreprises industrielles, constituent d’autres possibilités d’utilisation.

Défis posés aux constructeurs

Pour s’implanter sur le marché, les systèmes de petits réacteurs doivent pouvoir s’affirmer par rapport aux producteurs actuels d’énergie tels que les centrales électriques classiques. Certes, les réacteurs nucléaires permettent de produire de l’énergie pauvre en CO₂, mais l’acquisition et l’exploitation d’un petit réacteur doit aussi présenter un intérêt économique. Pour diminuer les coûts de production, les constructeurs de réacteurs misent sur la standardisation des processus de développement et de fabrication, ce qui permet d’augmenter le taux de production tout en réduisant la durée de construction et de mise en service. Le niveau peu élevé des coûts de maintenance et d’exploitation présente par ailleurs une très grande importance. Les constructeurs misent notamment ici sur des cycles d’exploitation de longue durée. Ceux-ci diffèrent fortement d’un type de réacteur à l’autre et varient entre deux ans et plusieurs décennies. Parallèlement au gain en matière de disponibilité, les cycles d’exploitation de longue durée facilitent la manipulation du combustible, l’entreposage du combustible usé sur place et la sûreté de la surveillance.

Une batterie de plusieurs années de fonctionnement

Hyperion Power Generation va même encore plus loin avec son Hyperion Power Modul, en cours de développement: le module fermé, de la grandeur d’une petite voiture, est livré clés en main et enterré sur place. Le réacteur se règle de lui-même. L’exploitant ne doit s’occuper de rien, comme si on lui avait installé une batterie. Après sept à dix ans d’exploitation, le module est renvoyé au fabricant qui s’occupe de son rechargement.

Le 4S (Super-Safe, Small and Simple) de Toshiba a un comportement similaire: le réacteur compact est exploité avec du combustible nucléaire métallique enveloppé dans de l’acier, combustible qui ne doit être renouvelé que tous les 30 ans.

C’est également dans le sol que le mPower de Babcock & Wilcox, mentionné plus haut, doit être aménagé. Il utilisera le même combustible que celui qui est déjà employé dans les réacteurs à eau sous pression actuels.

Tels sont quelques-uns seulement des nombreux projets actuellement en cours de développement. Le tableau donne des indications plus détaillées sur les systèmes les plus importants. Les procédures d’homologation se trouvent à des stades d’avancement différents. De premiers réacteurs ne devraient pas être construits avant quelques années.

Que veut dire petit, moyen et grand réacteur? Une comparaison

L’AIEA distingue trois paliers de puissance pour le classement des réacteurs. Les systèmes des petits réacteurs présentent une puissance électrique inférieure à 300 MW, les réacteurs moyens de 300 à 700 MW, et les grands réacteurs une puissance supérieure à 700 MW. Parmi les 436 tranches nucléaires qui étaient en service début septembre 2009, 105 font partie du palier des réacteurs de moyenne puissance (300 à 700 MW). 24 tranches présentent une puissance électrique inférieure à 300 MW, dont 15 se trouvent en Inde. Les trois quarts des tranches nucléaires en construction disposeront d’une puissance supérieure à 700 MW.