Définition/Classement des SMR
Voici quelques généralités sur les SMR issues d’un rapport du Comité de prospective en énergie (CPE) de l’Académie des sciences (octobre 2022).
« Le concept de SMR s’inspire des réacteurs compacts et de faible puissance de la propulsion navale. L’industrie nucléaire s’est périodiquement intéressée depuis 1960 à de petits réacteurs civils et, depuis une vingtaine d’années, elle élabore des concepts de SMR dans plusieurs gammes de puissances.
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Les projets de SMR se multiplient et présentent des caractéristiques diverses, que ce soit dans la gamme de puissance (du MWe à 300 MWe), le type de réacteurs (à neutrons thermiques (RNT) ou rapides (RNR)) ou le type de combustibles (solides ou liquides). Ces projets sont portés par de nombreux pays (Etats-Unis, Canada, Grande Bretagne, Russie, Corée, Chine et Japon) et bénéficient de soutiens politiques, institutionnels et privés.
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Parmi ces projets, beaucoup n’aboutiront pas à la réalisation d’un prototype, condition indispensable pour aller vers la commercialisation ; certains ne tiendront pas les délais annoncés (2035 à 2040) et, enfin, d’autres seront même probablement abandonnés.
Aujourd’hui [en 2022], seuls quelques projets ont dépassé le stade de réacteur-papier. Il existe deux SMR connectés à un réseau électrique en Russie et un autre SMR calogène vient de démarrer en Chine.
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Classement des SMR
Les projets de SMR peuvent être classés selon divers critères. Le type de combustible est ici retenu pour élaborer cette classification, en bonne cohérence avec les précédents rapports produits par le CPE sur l’électronucléaire.
Les projets de SMR utilisant le combustible classique des réacteurs à neutrons thermiques (RNT) à eau pressurisée ou bouillante dit UOX (U enrichi à 5% sous forme d’oxyde d’uranium UO2) ne demandent pas de ruptures technologiques majeures mais des innovations. Ils sont nécessairement à neutrons thermiques. La démonstration de sûreté de ces réacteurs repose sur le retour d’expérience des réacteurs de puissance utilisant ce combustible.
En revanche, tous les autres, à neutrons thermiques ou rapides (RNR), appellent des innovations majeures de conception et de technologie : combustibles solides spécifiques, (UOX) très enrichis en 235U, soit plus denses que UOX, soit incorporant du plutonium, soit encore des combustibles liquides à uranium et plutonium. Ils visent à respecter les caractéristiques des réacteurs dits Gen IV (prochaine génération de réacteurs) et sont appelés Advanced Modular Reactors (AMR). Dans le cas des combustibles liquides, ce sont des mélanges de sels fondus qui sont utilisés et les AMR correspondants sont appelés Molten Salt Reactors (MSR). Enfin, on désigne les SMR d’une très faible puissance (de l’ordre du MWe) comme étant des Modular Microreactors (MMR). La démonstration de sûreté des AMR et MMR se fait au cas par cas.
Les cycles du combustible associés aux projets sont rarement décrits et, par conséquent, la nature des déchets radioactifs générés par les SMR reste très incertaine. Ceci est un point faible des projets d’AMR et de MMR dont le succès dépendra de la disponibilité sur le marché de nouveaux combustibles. Aucune industrie ne s’est encore emparée des problèmes liés à l’enrichissement de l’uranium et à l’utilisation de matériaux à haute teneur en plutonium. Par ailleurs, le concept de réacteurs scellés est introduit : il s’agit de SMR contenant, au moment de la construction suffisamment de matière fissile pour délivrer une quantité d’énergie donnée pendant des années sans recharge périodique de combustible. Cette option, qui offre une souplesse de fonctionnement et de récupération du combustible usé, ne dispense évidemment pas d’étudier le devenir des déchets produits, et soulève des problèmes juridiques à traiter au niveau international » [CPE, 2022]. Le gestion des déchets nucléaires est un des problèmes majeurs de l’industrie nucléaire.
Voici résumé les différents concepts et le nombre de réacteurs modulaires décrit par l’AIEA dans sa dernière publication sur le sujet.
SMR – L’AIEA classe sous cette appellation les réacteurs à neutrons thermiques refroidis à l’eau :
21 modèles à eau pressurisée (PWR) ;
4 modèles à eau bouillante (BWR) ;
8 modèles PWR pour la marine.
AMR
17 modèles (neutrons thermiques) fonctionnant à haute température et utilisant un gaz comme caloporteur ou HTGR (Higth temperature gaz reactor) ; « Les HTGR fournissent de la chaleur à haute température (≥750°C) qui peut être utilisée pour une production d'électricité plus efficace [amélioration du rendement], pour une variété d'applications industrielles et pour la cogénération ».
13 modèles à sels fondus comme caloporteur ou MSR (Molten salt reactor), 12 projets à neutrons thermi-ques et 1 avec un spectre rapide de neutrons ; « Les réacteurs à sels fondus promettent de nombreux avantages, notamment une sécurité accrue grâce à la propriété inhérente des sels fondus, un système de refroidissement monophasé à basse pression qui élimine la nécessité d'une grande enceinte de confinement, un système à haute température qui se traduit par un rendement élevé, et un cycle du combustible flexible ».
8 modèles de réacteurs « rapides » à métal liquide comme caloporteur ou LMFR (Liquid metal fast reactor) ; ces projets de réacteurs « adoptent le spectre des neutrons rapides avec des caloporteurs en métal liquide, y compris le sodium, le plomb pur et l'eutectique plomb-bismuth ».
MMR – 12 microréacteurs de divers modèles (du PWR au LMFR), « conçus pour générer une puissance électrique de typiquement jusqu'à 10 MWe. Différents types de caloporteur, dont l'eau légère, l'hélium, le sel fondu et le métal liquide, sont adoptés par les microréacteurs pour le système de refroidissement » [AIEA, 2022].
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