Les Défis du CEA n°241 jui/aoû 2020
Les Défis du CEA n°241 jui/aoû 2020
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°241 de jui/aoû 2020

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 255) mm

  • Nombre de pages : 36

  • Taille du fichier PDF : 3 Mo

  • Dans ce numéro : dossier énergies, pour un mix décarboné.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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22 ÉNERGIES Nuward TM LEXIQUE Calogène Qui produit de la chaleur. Électrogène Qui produit de l’électricité. 1. Pour rappel, un réacteur nucléaire à eau pressurisée (REP) de 1000 MW électriques a une puissance thermique d’environ 3 000 MW. FOCUS La « nouvelle vague » des SMR électrogènes Ces « petits » réacteurs nucléaires pour la production d’électricité, dont les composants sont produits en série en usine puis assemblés sur site, visent notamment à remplacer les centrales à charbon, fortement émettrices de CO 2. Plusieurs pays ou industriels se sont ainsi lancés dans le développement d’unités d’environ 300-400 MW électriques pour conquérir ce marché. En 2019, un consortium français (CEA, Technicatome, EDF, Naval Group) a initié le projet Nuward TM (puissance de 340 MW électrique), destiné à l’exportation, l’électricité française étant déjà majoritairement décarbonée. ↓ Ci-dessous Vue de synthèse du projet Nuward TM de SMR. P Un nucléaire modulable et multifonction En plus de contribuer à maintenir le parc nucléaire actuel au meilleur niveau de sûreté et de performance et à en évaluer au plus près la durée de vie, les experts du CEA planchent sur une approche complètement intégrée du nucléaire et des renouvelables. Les enjeux sont nombreux  : coupler les productions aux transformations d’énergie pour limiter les pertes lors du transport, de la distribution et de la conversion ; relocaliser les productions au plus près des besoins en s’intégrant aux réseaux existants ; optimiser les investissements en colocalisant sur un même site des installations industrielles en vue de créer des clusters énergétiques. Cela passe notamment par un pilotage optimisé du nucléaire pour qu’il puisse s’ajuster de manière accrue aux besoins en énergie et à la production intermittente des énergies renouvelables. Et cela, à la fois au niveau central et local. « Les réacteurs nucléaires verront leur manœuvrabilité augmenter pour répondre rapidement aux variations de production solaire et éolienne. Nous travaillons par exemple sur l’optimisation du combustible utilisé dans les centrales actuelles pour une meilleure réponse », indique Stéphane Sarrade, directeur des programmes énergies de la DES. L’approche intégrée du nucléaire et des LES DÉFIS DU CEA #241 Plus de manœuvrabilité, davantage d’interactions avec les énergies renouvelables  : le nucléaire s’adapte et poursuit ses innovations. Dernière en date, la conception de réacteurs d’un genre nouveau, les SMR, qui pourraient bien devenir des couteaux-suisse de l’énergie bas carbone à l’horizon 2050. nouvelles technologies de l’énergie est particulièrement au cœur de la conception de systèmes hybrides couplés à de petits réacteurs nucléaires modulaires (SMR)  : « La transition énergétique suppose la disponibilité de grandes quantités d’énergie pour produire un hydrogène décarboné utile aux industries, à la mobilité, ainsi que pour fournir la chaleur nécessaire au chauffage urbain et à l’industrie. Les SMR pourraient apporter une solution technique pour fournir localement cette énergie », expose Jean- Michel Ruggieri, chef d’un programme initié sur le sujet à la DES. Des SMR calogènes ou électrogènes à l’étude D’une puissance de quelques dizaines à centaines de mégawatts (MW) thermiques 1, ces réacteurs peuvent notamment être couplés à des réseaux de chaleur – un réacteur se comportant comme une énorme bouilloire. « Une étude préliminaire a fait émerger trois utilisations possibles au-delà de la production d’électricité, débouchant sur trois autres concepts  : des SMR calogènes pour un usage thermique seul ; d’autres pour la production massive d’hydrogène en les couplant à un électrolyseur haute température (EHT) ; enfin, le couplage de ces réacteurs à des systèmes de conversion d’énergie, en cogénération, pour produire
PF. Grosjean/CEA LES DÉFIS DU CEA #241 ÉNERGIES 23 électricité, chaleur et hydrogène », énumère le responsable. Pour permettre une mise en œuvre de ces réacteurs à l’horizon 2050, le CEA a choisi d’étudier une technologie conçue sur la base de celle des réacteurs à eau pressurisée (REP), bien maîtrisée en France. Des réacteurs couplés à des réseaux de chaleur Pour répondre aux différents besoins, le CEA va étudier deux types de SMR à eau pressurisée, car la production de chaleur seule ou d’électricité repose sur des régimes de fonctionnement différents en température et pression de vapeur. Les réacteurs en cogénération demandent principalement un travail de recherche sur le système de conversion d’énergie permettant le couplage au réseau de chaleur, aux électrolyseurs, ainsi qu’au réseau électrique. « Il faudra étudier l’impact de ces procédés sur le fonctionnement et la sûreté du réacteur électrogène », prévient Jean-Michel Ruggieri, rappelant que le CEA a déjà réalisé des études sur le couplage de SMR avec des systèmes de chaleur urbaine ou de dessalement d’eau de mer. D’une puissance thermique de 20 à 10 MW, les réacteurs purement calogènes seront eux plus originaux  : pression primaire d’une dizaine de bars au lieu des 150 bars Des feuilles de route pour une perspective industrielle Concernant les SMR électrogènes, le CEA est engagé avec ses partenaires industriels dans le projet Nuward TM qui vise un produit commercialisable avant 2030. Pour les autres concepts, il n’est aujourd’hui pas engagé dans la conception mais explore les domaines du possible  : « Nous sommes actuellement en phase d’esquisses pour proposer une feuille de route sur 4 à 5 ans. À cette échéance, il faudra disposer de briques technologiques, de systèmes associés pertinents, ainsi que d’un programme de développement cohérent et susceptible d’intéresser les industriels », affirme le chercheur. À ce stade, le concepteur industriel de ces réacteurs n’est pas identifié et les clients finaux possibles sont très variés  : fournisseurs d’énergie, acteurs industriels, collec- Quel nucléaire après 2050 ? ↖ tivités territoriales… dans un réacteur électrogène, et température de sortie à moins de 150 °C pour les réseaux de chaleur urbaine. Ces SMR calogènes pourront aussi être couplés pour la production massive d’hydrogène en apportant la chaleur requise par l’EHT, voire de l’électricité qui pourra aussi provenir du réseau ou d’une installation de source renouvelable dédiée (voir l’encadré sur l’hydrogène p.21). « L’État a également démandé au CEA de poursuivre le développement d’une nouvelle génération de réacteurs nucléaires », rappelle Jean- Claude Garnier, chef de programme à la DES. Les réacteurs à neutrons rapides (RNR) sont en effet capables de valoriser presque sans limite les matières nucléaires issues du retraitement des combustibles nucléaires ; mais leur déploiement industriel n’est pas aujourd’hui envisagé avant la seconde moitié du siècle. Réacteurs à neutrons rapides La recherche du CEA se poursuit donc sur les RNR refroidis au sodium (RNR-Na), filière où la France est très avancée. Les besoins de R&D et les verrous scientifiques et technologiques ont été identifiés lors du projet de démonstrateur Astrid conduit de 2010 à 2019. Il s’agit d’améliorer encore la compréhension de la physique pour optimiser la conception, et de poursuivre le développement de certains composants technologiques. Et ce, en continuant la collaboration avec le Japon. Réacteurs à sels fondus Le CEA assure par ailleurs une veille technologique et des études d’esquisse sur les réacteurs à sels fondus, concept radicalement différent de ce qui existe aujourd’hui. Potentiellement bien adaptés au recyclage des matières nucléaires, les réacteurs à sels fondus sont présentés par leurs promoteurs (start-up aux États-Unis et au Canada) comme une alternative aux RNR-Na. « Aucun n’a jamais été construit  : il s’agit pour l’instant d’études théoriques et de calculs. Le CEA souhaite mener sa propre évaluation », précise Jean-Claude Garnier. Ci-contre Réglage des vannes d’une installation polyvalente pour des essais sur sodium (recherches sur les réacteurs nucléaires à neutrons rapides). I



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