Comprendre la conception du réacteur Natrium de TerraPower et l'avancement du projet de démonstration

À l'ombre de la centrale de Naughton, située à Kemmerer, dans le Wyoming, qui cessera de fonctionner au charbon à la fin de l'année, TerraPower construit ce qu'elle appelle « le seul réacteur avancé, autre qu'à eau légère, actuellement en construction dans l'hémisphère occidental ». Ce projet représente plus qu'une simple nouvelle source d'énergie : il s'agit d'un passage symbolique du flambeau des combustibles fossiles à la technologie nucléaire de nouvelle génération.

« Nous l'appelons réacteur Natrium car il appartient à la catégorie des réacteurs dits « réacteurs rapides au sodium » », a déclaré Eric Williams, directeur de l'exploitation de TerraPower, invité du podcast POWER . D'ailleurs, le mot natrium signifie sodium en latin. C'est d'ailleurs de là que vient le symbole élémentaire du sodium, Na dans le tableau périodique.

Avantages de la conception de l'usine Natrium

Le réacteur Natrium est un réacteur de génération IV, la classe de réacteurs la plus avancée actuellement développée. « Ces modèles offrent un niveau de sécurité, de performance et de rentabilité considérablement accru », a expliqué Williams.

Williams a déclaré que l'utilisation de métal liquide comme caloporteur renforce la sécurité. « Les métaux liquides sont excellents pour transférer la chaleur hors du réacteur, que ce soit pour l'échanger avec d'autres systèmes afin de produire de l'électricité ou pour l'évacuer en cas d'urgence », a-t-il expliqué. « Pour le réacteur Natrium, nous pouvons évacuer la chaleur directement dans l'air si nous le souhaitons, ce qui constitue un dossier de sûreté très solide pour le réacteur. »

La conception est également plus sûre car elle peut fonctionner à basse pression. « Le système primaire est à pression atmosphérique ; alors que les réacteurs à eau pressurisée actuels doivent pressuriser le système pour empêcher le liquide de bouillir, pour le maintenir à l'état liquide », explique Williams. « Le sodium métallique liquide n'entre en ébullition qu'à environ 800 à 900 °C, et le réacteur fonctionne à 500 °C, ce qui lui permet de rester liquide tout en conservant une température très élevée sans avoir à le pressuriser. »

Le caloporteur à métal liquide offre également des avantages en termes de performances. « L'un d'eux est la possibilité de stocker l'énergie sous forme de chaleur de sels fondus provenant de l'îlot nucléaire », a déclaré Williams. « Cela nous permet de proposer une solution de stockage d'énergie à l'échelle du réseau, parfaitement adaptée aux besoins actuels du réseau électrique moderne. »

En pratique, l'îlot nucléaire de Natrium fonctionnera avec une production de chaleur constante. L'énergie sera ensuite stockée dans le sel fondu. Cette énergie alimentera une turbine à vapeur et produira de l'électricité selon les besoins, permettant ainsi à la centrale de suivre facilement la charge sans alterner entre les cycles du réacteur. Autrement dit, le réacteur peut produire de la chaleur à un équivalent électrique constant de 345 MW, tandis que la centrale fournit jusqu'à 500 MW d'électricité selon les besoins et à un rythme de variation très rapide. « C'est très compétitif par rapport aux centrales à cycle combiné et aux centrales à charbon actuellement utilisées pour le suivi de charge », a déclaré M. Williams.

Parallèlement, le stockage d'énergie permet également de découpler la partie production d'électricité de la centrale (l'îlot énergétique) de la partie réacteur, c'est-à-dire l'îlot nucléaire. Cela permet à l'îlot énergétique d'être classé comme « non lié à la sûreté » aux yeux de la Commission de réglementation nucléaire (NRC) américaine. « Cette partie de la centrale n'a rien à voir avec la sûreté du réacteur, ce qui signifie que la surveillance de la NRC ne s'applique pas à l'îlot énergétique de la centrale. Ainsi, tous ces équipements peuvent être construits à moindre coût et selon des codes et normes différents », a expliqué M. Williams.

Cela permet notamment au gestionnaire du réseau de distribuer l'électricité sans rien modifier sur l'îlot nucléaire. « Cela permet une intégration au réseau différente pour une centrale nucléaire, une innovation encore jamais réalisée aux États-Unis », a déclaré Williams. « Nous sommes très enthousiastes à ce sujet – la sécurité, les performances et les aspects économiques – et cela nous permet d'avoir un calendrier prévisible, et la construction sera achevée en 2030. »

Mener le projet à terme

TerraPower a été fondée en 2006 par Bill Gates et un groupe de visionnaires partageant les mêmes idées . Initialement, elle s'est intéressée au concept ambitieux de réacteur à ondes progressives avant d'évoluer vers le modèle actuel, le Natrium. L'entreprise développe également un réacteur rapide à chlorure fondu, qui, selon Williams, s'annonce très prometteur et encore plus économique que le réacteur Natrium dans des domaines difficiles à décarboner, comme les applications maritimes et les applications industrielles à haute température.

Après sa création, TerraPower a consacré plus de dix ans au développement de sa technologie et à la création de partenariats, notamment avec des entreprises internationales comme Toshiba. Le tournant décisif a eu lieu en 2020, lorsque le Département de l'Énergie des États-Unis a sélectionné TerraPower pour un financement initial de 80 millions de dollars dans le cadre du Programme de démonstration de réacteurs avancés (ARDP), lui octroyant jusqu'à 2 milliards de dollars de financement autorisé grâce à un partage des coûts à parts égales.

En juin 2021, TerraPower s'est associé à PacifiCorp pour la construction du réacteur Natrium , choisissant finalement Kemmerer, dans le Wyoming, une ville d'environ 2 800 habitants, comme site de démonstration. Le projet a subi quelques retards lorsque TerraPower a repoussé sa date de lancement de quelques années, à 2030, en raison de difficultés d'approvisionnement en combustible , la Russie étant le seul fournisseur de l'uranium faiblement enrichi à haute teneur (HALEU) requis. Malgré ce contretemps, l'entreprise a déposé sa demande de permis de construire auprès de la NRC en mars 2024.

« Notre demande de permis de construire a été déposée auprès de la Commission de réglementation nucléaire l'année dernière, et elle est très en avance sur le calendrier prévu », a déclaré Williams. On s'attendait à ce que la demande de permis de construire soit approuvée d'ici fin 2026, mais Williams a déclaré que cela se produirait probablement beaucoup plus tôt. « C'est donc très prometteur », a-t-il déclaré. « Cette demande de permis de construire nous permet de commencer la construction de la partie nucléaire de la centrale, mais nous pouvons vraiment commencer la construction de la partie non nucléaire à tout moment. »

Travaux en cours

En fait, les travaux ont déjà commencé sur le site de Kemmerer (Figure 1). « Nous avons commencé la construction il y a un an », a déclaré Williams. « Nous avons commencé à travailler sur ce que nous appelons l'installation d'essai et de remplissage. Il s'agit d'une installation à double usage, située juste à côté du site nucléaire, et qui nous permet de réaliser des essais de prototypes grandeur nature pour certains des principaux équipements qui seront intégrés à la centrale de Kemmerer Unité 1. C'est également une installation qui contient le sodium liquide utilisé pour remplir le réacteur avant son démarrage. »

Williams a déclaré que les travaux de fondation de l'installation d'essai et de remplissage étaient terminés ce mois-ci. Le montage des bâtiments débutera ensuite, et devrait être terminé d'ici la fin de l'année. Le deuxième bâtiment à être construit sur le site sera le Centre de formation Kemmerer (CFC). La mobilisation pour ce projet débutera ce mois-ci, selon Williams. Le CFC comprendra un simulateur grandeur nature pour le réacteur Natrium. Il disposera également de salles de classe pour la formation, de deux laboratoires pour le personnel d'exploitation, et servira également de centre d'accueil des visiteurs avec un auditorium pour les réunions et autres rassemblements. « Ces deux bâtiments seront en construction cette année », a déclaré Williams. « Nous allons lancer la construction de la partie non nucléaire de la centrale au début de l'année prochaine ou à la fin de cette année », a-t-il ajouté.

Pendant ce temps, la phase d'ingénierie du projet bat son plein. « Nous avons franchi l'étape de la conception préliminaire en mars dernier, ce qui signifie que nous en sommes à la conception détaillée, la phase finale », a déclaré Williams. « Il s'agit de notre dernière itération de conception. Il s'agit de mettre tous les composants en fabrication, et la construction va bientôt démarrer », a-t-il ajouté. Plus de 1 000 personnes travaillent sur le projet, dont TerraPower et ses principaux partenaires, Bechtel et GE Hitachi Nuclear Energy, ainsi que diverses sociétés d'ingénierie également impliquées. « C'est vraiment le summum de l'ingénierie », a déclaré Williams.

Concernant les équipements de la centrale, M. Williams a indiqué que TerraPower s'approvisionnait en composants depuis l'année dernière. « Nous sommes actuellement en phase d'approvisionnement pour l'îlot nucléaire, et nous approchons du démarrage de la phase de fabrication d'une grande partie de ces équipements », a-t-il précisé. « D'ailleurs, dans quelques semaines, nous allons commander des matériaux à long délai de livraison pour le couvercle de la cuve du réacteur, ce qui constituera une étape importante pour nous : le lancement de ce processus, puis la mise en œuvre d'autres composants au fur et à mesure. Ensuite, la fabrication de ces équipements commencera progressivement. »

Bien qu'il reste clairement beaucoup à faire et que les projets inédits se déroulent rarement sans accroc, Williams semblait satisfait de l'avancement du projet. « Nous sommes ravis de travailler dans le Wyoming. C'est un État exceptionnel pour le développement de tout type de projet énergétique, y compris l'énergie nucléaire. Les habitants de la communauté nous accueillent chaleureusement. Les législateurs de l'État cherchent toujours des solutions pour lever les obstacles et nous expliquent simplement comment obtenir les permis nécessaires, entre autres. De ce point de vue, le projet se déroule donc très bien », a-t-il déclaré. Finalement, Williams semblait confiant quant à l'achèvement de TerraPower, prévu pour 2030.

Pour écouter l'interview complète de Williams, qui aborde plus en détail la conception du Natrium, les pratiques de gestion des sels fondus, le combustible HALEU et d'autres défis de la chaîne d'approvisionnement, les licences et le calendrier du projet, et bien plus encore, écoutez le podcast POWER . Cliquez sur le lecteur SoundCloud ci-dessous pour l'écouter dès maintenant dans votre navigateur ou utilisez les liens suivants pour accéder à la page de l'émission sur votre plateforme de podcast préférée :

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— Aaron Larson est le rédacteur en chef de POWER (@AaronL_Power, @POWERmagazine).