Les réacteurs à sel fondu (MSR) peuvent jouer un rôle clé dans les futurs systèmes d’énergie nucléaire en offrant des avantages majeurs en matière de sûreté et d’efficacité. La recherche avancée, le développement technologique et l’octroi de licences dans plusieurs pays peuvent potentiellement rendre possible le déploiement à court terme de cette technologie innovante.

L’AIEA, qui soutient le développement et le déploiement de la technologie nucléaire, organisera le 27 août un webinaire sur les réacteurs à sel fondu : Un changement de la donne dans l’industrie nucléaire. Les MSR et leurs avantages uniques pour relever les défis de la transition vers une énergie propre seront également discutés lors du Forum scientifique annuel de l’AIEA les 22 et 23 septembre, lors de la 64e Conférence générale de l’AIEA.

Les MSR fonctionnent sur le même principe de base que les réacteurs nucléaires actuels : la fission contrôlée pour produire de la vapeur qui alimente les turbines génératrices d’électricité. Mais ils ont une différence fondamentale: les sels fondus jouent un rôle clé dans le cœur du réacteur, y compris comme liquide de refroidissement au lieu de l’eau utilisée par la plupart des réacteurs actuellement en exploitation. Et au lieu de barres de combustible, la plupart des conceptions MSR impliquent du combustible nucléaire dissous dans le liquide de refroidissement.

Ces caractéristiques offrent des avantages, notamment une efficacité considérablement améliorée, un suivi de la charge et la capacité de fonctionner à des températures élevées, ce qui les rend adaptées aux applications non électriques nécessitant un apport de chaleur élevé.

« Une efficacité renforcée et des caractéristiques de sûreté passive sont cruciales pour assurer la durabilité de l’énergie nucléaire, et les MSR correspondent à la facture dans les deux domaines”, a déclaré Gerardo Martinez-Guridi, ingénieur nucléaire de l’AIEA. « De nombreux MSR utilisant du carburant liquide peuvent s’arrêter automatiquement si leur température devient trop élevée, car ils sont conçus pour réduire rapidement la puissance au cas où ils commenceraient à générer trop de chaleur. Cette fonctionnalité rend le MSRs idéal pour répondre à la demande d’électricité dynamique en permettant des ajustements de sortie rapides. »Certains MSR peuvent également être utilisés pour brûler du combustible nucléaire usé (FNS) provenant de réacteurs de puissance actuels, réduisant ainsi la quantité de déchets radioactifs qui doivent être stockés, a-t-il ajouté.

Le concept MSR n’est pas nouveau. Le Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) aux États-Unis a exploité un MSR expérimental de 7,34 MW (th) de 1965 à 1969, dans un essai connu sous le nom d’expérience du réacteur à sel Fondu (MSRE). Cela a démontré la faisabilité de réacteurs à combustible liquide refroidis par des sels fondus et a aidé à identifier et à résoudre plus tard des problèmes tels que la nécessité de méthodes d’extraction chimique liquide-liquide pour le traitement du combustible à sel fondu.

Alors que les travaux sur les MSR se sont poursuivis dans plusieurs pays au cours des dernières décennies, les déploiements commerciaux sont restés hors de portée. Cela est dû à une série de problèmes, y compris des défis réglementaires tels que l’absence de normes de licence MSR ainsi que des difficultés de la chaîne d’approvisionnement pour l’approvisionnement en composants spécialisés.

Maintenant, plusieurs modèles de MSR sont sur le point d’être prêts au déploiement dans divers pays, notamment aux États-Unis et au Canada, ainsi que des MSR à base de thorium en Chine. Ces derniers utilisent un combustible qui est un mélange de thorium et d’uranium, dans le but de produire de l’uranium fissile-233 à partir du thorium dans le cœur du réacteur. Cet uranium 233 transmuté est ensuite brûlé comme combustible. Certains MSR peuvent être alimentés avec du plutonium de qualité réacteur recyclé à partir de stocks de FNS, ce qui a le potentiel de réduire considérablement la charge associée au stockage de FNS, dont certains restent radioactifs pendant des milliers d’années.

Appui de l’AIEA

L’AIEA soutient la mise au point de rapports multilatéraux par le biais de diverses initiatives d’échange de connaissances, y compris une réunion de consultation virtuelle tenue le mois dernier à laquelle ont participé 21 experts de 13 pays. Ils ont travaillé à la rédaction d’une publication de l’AIEA sur l’état de la technologie MSR, y compris les activités de R&D et les défis de déploiement, ainsi qu’une taxonomie pour classer les principaux types de MSR. La publication devrait sortir en 2021. Il y a actuellement 10 modèles MSR dans la catégorie des petits réacteurs modulaires (SMR) inclus dans une publication de l’AIEA qui sera publiée en septembre en tant que supplément à la base de données du Système d’information sur les réacteurs avancés (ARIS) de l’AIEA.

Le prochain webinaire sur les MSR, qui fait partie de la série de Webinaires sur les percées technologiques nucléaires pour le 21e siècle, mettra en vedette des conférenciers d’organisations en France et aux États-Unis impliquées dans le développement de la technologie.

”Les activités de développement du MSR aux États-Unis comprennent un large éventail d’activités coopératives de l’industrie privée et du gouvernement allant de la science fondamentale au développement de la technologie et à la définition du cadre réglementaire », a déclaré David Holcomb, membre distingué du personnel technique de l’ORNL, qui a participé à la réunion de conseil et prendra la parole lors du webinaire.  » Ces activités comprennent le développement d’outils de modélisation pour le suivi des radionucléides dans les usines MSR et la mesure des propriétés thermophysiques et thermochimiques des sels combustibles. »

La Commission de réglementation nucléaire des États-Unis cherche à développer un processus d’autorisation efficace pour les MSR, et plusieurs développeurs de MSR du secteur privé basés aux États-Unis ont indiqué leur intention de déployer des MSR au cours de la prochaine décennie, a-t-il ajouté.

En France, des études sont en cours pour confirmer la faisabilité d’un concept de MSR à neutrons rapides, avec un déploiement potentiel dans les 10 à 20 prochaines années, a déclaré Elsa Merle, professeur à l’Institut de Technologie de Grenoble et au CNRS/IN2P3 qui a également participé à la réunion de conseil et interviendra lors du webinaire.

« L’utilisation d’un mélange combustible liquide / liquide de refroidissement dans les MSR contribue à la stabilité intrinsèque du cœur du réacteur, ce qui permet un fonctionnement facile à puissance réduite tout en garantissant le maintien de la sécurité”, a déclaré Merle. « De tels réacteurs peuvent soutenir l’équilibrage du réseau électrique, ce qui est essentiel pour soutenir la part croissante des énergies renouvelables. Ils peuvent également être utilisés pour réduire les déchets produits par les réacteurs actuellement en exploitation.”

Les MSR sont l’une des six technologies de réacteurs sélectionnées par le Forum Génération IV (GIF), une initiative impliquant 13 pays axée sur les technologies d’énergie nucléaire de prochaine génération, pour d’autres R&D. Lors d’une réunion annuelle en juillet, l’AIEA et le GIF ont appelé à des efforts accrus pour soutenir le déploiement rapide de systèmes de réacteurs innovants pour faire face au changement climatique.

Les MSR et autres réacteurs avancés et innovants seront présentés lors du Forum scientifique du mois prochain, qui se concentrera sur la façon dont les solutions scientifiques de l’énergie nucléaire peuvent aider à conduire la transition vers des systèmes d’énergie propre.