Petits réacteurs modulaires

Les petits réacteurs modulaires (en anglais : Small modular reactors, abrégé en SMR) sont une catégorie de réacteurs nucléaires à fission, de taille et puissance plus faibles que celles des réacteurs conventionnels, fabriqués en usine et transportés sur leur site d'implantation pour y être installés. Les réacteurs modulaires permettent de réduire les travaux sur site, d'accroître l'efficacité du confinement et la sûreté des matériaux nucléaires. Les SMR (d'une puissance de 10 à 300 MW) sont proposés comme une alternative à moindre coût, ou comme complément, aux réacteurs nucléaires conventionnels. Ils sont destinés surtout à l'alimentation électrique de sites isolés ou de navires. Ils peuvent être adaptés à la cogénération ou trigénération (production combinée de chaleur et l'électricité et mouvement) et utilisés pour des réseaux de chauffage urbain, le dessalement de l'eau de mer, la production d'hydrogène, la fourniture de chaleur pour des procédés industriels, le raffinage d'hydrocarbures ou la propulsion navale, civile ou militaire.

Diagramme du réacteur de la société NuScale.

Fin 2018, ils sont déjà utilisés par les militaires (sous-marins, porte-avions) ou en Russie pour quelques brise-glaces. Une cinquantaine de projets ou concepts de SMR étaient à l'étude ou en cours de développement (environ 100 MWe par projet en moyenne)[1], allant de versions réduites de modèles existants de réacteurs nucléaires, jusqu'à des concepts innovants relevant entièrement de la génération IV, aussi bien de type réacteur à neutrons thermiques que de type réacteur à neutrons rapides. Les pays les plus actifs dans ce domaine sont la Russie et les États-Unis.

Avantages et utilisations potentielles

Les spécificités des cahiers de charges des projets SMR ont été dictées par l'observation des problèmes rencontrés par les projets de réacteurs en cours ; ce sont[2] :

  1. une taille/puissance plus modeste que celle des réacteurs existants : 10 à 100 MW dans la plupart des cas, et au maximum 300 MW, contre 900 à 1 700 MW, pour réduire les coûts (principal obstacle rencontré par les projets nucléaires de nombreux pays) ; et pour adapter la solution nucléaire à des sites isolés, souffrant habituellement d'un manque de main-d’œuvre qualifiée et de coûts élevés de livraison ;
  2. un caractère modulaire standardisé, diminuant les couts et les délais de livraison, par l'industrialisation des composants et du montage ; une adaptation progressive de la puissance de la centrale à l'évolution des besoins est alors possible par ajout de modules supplémentaires ;
  3. un confinement plus aisé, grâce à l'intégration des composants dans un volume réduit et hermétiquement clos, pour réduire les risques de prolifération et permettre une gestion réduite au strict minimum ; certains SMR sont conçus pour être immergés dans une piscine et/ou construits en souterrain pour accroître leur sécurité ;
  4. une fabrication et un assemblage possible dans une usine dédiée, avant envoi sur le site où ils peuvent être installés plus facilement qu'un réacteur classique.
  5. une forme de souplesse, dans la mesure où il n'est pas nécessairement connecté à un vaste réseau électrique, et peut être combinés avec d'autres modules s'il faut produire plus d'électricité.

Selon les points de vue et ce qu'on en fera, ces SMR augmenteront ou réduiront le risque de prolifération nucléaire ( ils pourraient les exacerber s'ils sont diffusés en grand nombre et dans des sites isolés[réf. nécessaire]).

Certains SMR peuvent utiliser des combustibles innovants permettant des taux plus élevés de burnup et des cycles de vie plus long (appréciables dans les lieux isolés, souvent peu accessibles). En allongeant les intervalles de rechargement, on réduit les risques de prolifération et la probabilité que des radiations échappent au confinement.

Des SMR alimentent déjà des navires et sous-marins et selon leurs promoteurs pourraient un jour alimenter des installations de production : par exemple, épuration des eaux ou mines.

Les SMR peuvent fournir des solutions pour des sites isolés présentant des difficultés à trouver des sources d'énergie bas carbone fiables et économiquement performantes[3],[4].

Les centrales nucléaires électrogènes de plus grande puissance sont en général prévues pour un fonctionnement en base et peu souples en termes de variation de puissance. Les SMR étant prévus pour des sites isolés connectés à des réseaux électriques peu développés, ils devront être mieux adaptés au suivi de charge[5].

Une solution pour faciliter cette adaptation entre consommation et production est la cogénération, ainsi lors des creux de consommation d’électricité, les surplus d'énergie peuvent être utilisés pour la production de chaleur pour l'industrie, le chauffage urbain, le dessalement d'eau de mer ou la production d'hydrogène, afin de faciliter le suivi de charge[6].

Du fait du possible manque de personnel qualifié disponible dans les zones isolées, les SMR doivent être intrinsèquement sûrs. Les SMR sont conçus pour utiliser des dispositifs de sûreté « passive »; le fonctionnement de tels systèmes ne dépend que de phénomènes physiques tels que la convection, la gravité ou la résistance aux températures élevées (par exemple une soupape de sécurité qui s’ouvre en cas de pression élevée, un système fusible qui fond sous l’effet de la chaleur ou une réserve d’eau de refroidissement placée en hauteur pour bénéficier de l’effet de la gravité), ils sont agencés de façon à fonctionner sans aucune intervention extérieure. Ces dispositifs de sûreté passive ne requièrent donc aucune intervention humaine, ni pièce mobile motorisée (pompe ou vanne) pour fonctionner de manière prolongée (fonction du temps nécessaire pour une intervention humaine extérieure)[7],[8].

Fonctionnement
Illustration d'un petit réacteur modulaire à eau légère.

Les concepts de SMR sont très variés ; certains sont des versions simplifiées des réacteurs existants, d'autres mettent en œuvre des technologies entièrement nouvelles[9]. Tous utilisent la fission nucléaire. Lorsqu'un noyau atomique instable tel que 235U absorbe un neutron supplémentaire, l'atome se divise (=fissionne), libérant une grande quantité d'énergie sous forme de chaleur et de radiations. L'atome fissionné libère également des neutrons, qui peuvent ensuite être absorbés par d'autres noyaux instables, produisant une réaction en chaine. Une chaine de fissions entretenue est nécessaire pour produire de l'énergie nucléaire. Les concepts de SMR comprennent des réacteurs à neutrons thermiques et réacteurs à neutrons rapides.

Un réacteur à neutrons thermiques nécessite un modérateur pour ralentir les neutrons et utilise en général l'235U comme matériau fissile. La plupart des réacteurs nucléaires en fonctionnement sont de ce type. Les réacteurs à neutrons rapides n'utilisent pas de modérateur pour ralentir les neutrons, par conséquent ils nécessitent un combustible nucléaire capable d'absorber les neutrons se déplaçant à grande vitesse. Ceci implique habituellement de changer la disposition du combustible à l'intérieur du cœur, ou d'utiliser des types différents de combustible : 239Pu est plus apte à absorber un neutron rapide que 235U.

L'avantage majeur des réacteurs à neutrons rapides est qu'ils peuvent être conçus de façon à être surgénérateurs. Lorsque ces réacteurs produisent de l'électricité, ils émettent suffisamment de neutrons pour transmuter des éléments non-fissiles en éléments fissiles. L'usage le plus commun pour un surgénérateur est d'entourer le cœur d'une « couverture » de 238U, qui est l'isotope le plus courant de l'uranium. Lorsque l'238U subit une capture de neutron, il se transforme en 239Pu, qui peut être retiré du réacteur lors des arrêts pour rechargement, et utilisé à nouveau comme combustible après nettoyage[10].

Fluide caloporteur

Au début du XXIe siècle, la plupart des réacteurs utilisent l'eau comme fluide caloporteur. De nouveaux concepts de réacteurs sont en expérimentation avec différents types de caloporteurs :

Production thermique/électrique

Traditionnellement, les réacteurs nucléaires utilisent une boucle à fluide caloporteur pour produire de la vapeur à partir d'eau, et cette vapeur actionne des turbines pour produire l'électricité.

Certains nouveaux concepts de réacteurs refroidis au gaz sont conçus pour actionner une turbine à gaz, plutôt que d'utiliser un circuit secondaire d'eau.

L'énergie thermique produite par les réacteurs nucléaires peut aussi être utilisée directement, sans conversion en électricité, pour la production d'hydrogène, le dessalement d'eau de mer, la production de produits pétroliers (extraction de pétrole du sable bitumineux, fabrication de pétrole synthétique à partir de charbon, etc)[13].

Recrutement

Les développeurs de SMR affirment souvent que leurs projets vont nécessiter moins de personnel pour le fonctionnement des réacteurs à cause de l'utilisation accrue de systèmes à sûreté inhérente et passive. Certains de ces réacteurs, tels que le Toshiba 4S, sont conçus pour fonctionner avec peu de supervision[14].

Suivi de charge

Les centrales nucléaires ont été généralement mises en œuvre pour couvrir la base de la demande d'électricité[15] Certaines centrales nucléaires (en particulier en France) ont la possibilité de faire varier leur puissance (suivi de charge) entre 20 % et 100 % de leur puissance nominale. Par rapport à l'insertion de barres de commande ou à des mesures comparables pour réduire la production, une alternative plus efficace pourrait être le « suivi de charge par cogénération », c'est-à-dire le détournement de l'excédent de puissance par rapport à la demande d'électricité vers un système auxiliaire. Un système approprié de cogénération nécessite :

  1. une demande d'électricité et/ou de chaleur dans la plage de 500 à 1 500 MWth ;
  2. l'accès à des ressources adéquates pour fonctionner ;
  3. une flexibilité suffisante : la cogénération peut fonctionner à pleine charge pendant la nuit quand la demande d'électricité est basse, et être arrêtée pendant la journée.

Du point de vue économique, il est essentiel que l'investissement dans le système auxiliaire soit profitable. Le chauffage urbain, le dessalement et la production d'hydrogène ont été proposés comme des options techniquement et économiquement réalisables[15]. Les SMR peuvent fournir une solution idéale de suivi de charge utilisé pour le dessalement pendant la nuit[16].

Réduction des déchets

De nombreux SMR sont des réacteurs à neutrons rapides qui sont conçus de façon à atteindre des taux élevés de combustion du combustible, réduisant la quantité de déchets produite. Avec une énergie des neutrons plus élevée, plus de produits de fission peuvent habituellement être tolérés. Certains SMR sont aussi des réacteurs surgénérateurs, qui non seulement "brûlent" des combustibles tels que 235U, mais aussi convertissent des matériaux fertiles comme 238U, qui est présent dans la nature à une concentration beaucoup plus élevée que celle de 235U, en combustible fissile[10].

Certains réacteurs sont conçus pour fonctionner en utilisant la solution alternative du cycle du thorium, qui offre une radiotoxicité à long terme des déchets significativement réduite en comparaison du cycle de l'uranium[17].

Le concept de réacteur à onde progressive a suscité un certain intérêt ; ce nouveau type de surgénérateur utilise le combustible fissile qu'il a créé par transmutation d'isotopes fertiles. Cette idée éliminerait le besoin de décharger le combustible usé et de le retraiter avant de le réutiliser comme combustible[18].

Dispositifs de sécurité

Dès lors qu'il existe plusieurs concepts différents de SMR, il existe également plusieurs dispositifs de sécurité différents qui peuvent être mis en œuvre.

Les systèmes de refroidissement peuvent utiliser la circulation naturelle (convection), ce qui permet de se passer de pompes, de pièces mobiles qui pourraient tomber en panne, et ils continuent à évacuer la chaleur de désintégration après l'arrêt du réacteur, si bien que le cœur ne risque pas de se surchauffer et de fondre.

Un coefficient de vide négatif dans les modérateurs et les combustibles conserve sous contrôle les réactions de fission en les ralentissant lorsque la température augmente[19].

Certains concepts de SMR utilisent, pour accroître la sécurité, un placement souterrain des réacteurs et des piscines de stockage des combustibles usés.

Des réacteurs plus petits seraient plus faciles à moderniser rapidement, requièrent moins de main-d’œuvre permanente et ont de meilleurs contrôle de qualité[20].

Aspects économiques

Un facteur clé des SMR est l'économie d'échelle, en comparaison avec les réacteurs de grande taille, qui découle de la possibilité de les préfabriquer dans une usine de fabrication. Cependant, un désavantage clé est que ces améliorations économiques supposent que l'usine soit construite en premier, ce qui nécessiterait probablement des commandes initiales pour 40-70 unités, seuil que certains experts estiment improbable[21].

Un autre avantage économique des SMR est que le coût initial de construction d'une centrale composée de SMR est très inférieur à celui de la construction d'une centrale de grande taille, beaucoup plus complexe et non-modulaire. Ceci fait des SMR, pour les producteurs d'électricité, un investissement à plus faible risque que les autres centrales nucléaires[22].

Marché

A la fin de 2020, au moins 72 concepts de SMR sont en développement, soit 40 % de plus qu'en 2018. Environ la moitié sont basés sur des technologies de réacteur à eau légère et l'autre moitié sur des concepts de réacteur de 4ème génération. L'Agence pour l'énergie nucléaire de l'OCDE estimait en 2016 que la puissance des SMR construits jusqu'en 2035 pourrait totaliser jusqu'à 21 GW, soit environ 9 % du marché des centrales nucléaires sur la période 2020-2035 et 3 % de la puissance installée nucléaire en 2035. Le National Nuclear Laboratory britannique prévoyait en 2014 jusqu'à 65 GW en 2035[23].

Processus d'autorisation

Une barrière majeure est le processus d'autorisation, historiquement développé pour les réacteurs de grande taille, qui entrave le simple déploiement de plusieurs unités identiques dans différents pays[24]. En particulier le processus américain de la Nuclear Regulatory Commission (NRC) pour l'octroi de licences s'est concentré principalement sur les grands réacteurs commerciaux. Les spécifications de design et de sûreté, les besoins en personnel et les redevances de licence ont tous été dimensionnés pour les réacteurs à eau légère de puissance supérieure à 700 MWe ; des études sont encours pour définir un cadre réglementaire adapté aux projets de petite taille, à leur production en série et à la diversité des concepts[25].

Quatre projets de loi étaient en discussion en 2017 au Congrès américain pour soutenir le développement de nouveaux designs de réacteurs nucléaires et pour charger la NRC d'établir un cadre de procédures d'autorisation pour les réacteurs nucléaires [26].

La NRC a reçu plusieurs dossiers de « pré-application » pour des SMR et un dossier de demande de certification du design (pour le projet NuScale)[27].

Le projet de Nuscale est le premier à avoir obtenu, fin , une autorisation de la NRC validant le design de sa technologie ; la procédure administrative a duré 4 ans et coûté 500 millions de dollars (environ 421 millions d’euros)[28].

Non-prolifération

La prolifération nucléaire, ou d'une façon générale le risque d'utilisation de matériaux nucléaires à des fins militaires, est un sujet majeur pour les concepteurs de petits réacteurs modulaires. Comme les SMR ont une puissance réduite et sont physiquement petits, ils ont vocation à être déployés dans des lieux bien plus divers que les centrales nucléaires existantes : plus de sites dans les pays disposant déjà de centrales nucléaires, et dans des pays qui n'en avaient pas encore. Il est aussi prévu que les sites SMR auront des effectifs de personnel beaucoup moins élevés que les centrales nucléaires existantes. La protection physique et la sûreté deviennent donc un défi accru qui pourrait augmenter les risques de prolifération[29],[30]

Nombre de SMR sont conçus pour amoindrir le danger de vol ou de perte de matériaux. Le combustible nucléaire peut être de l'uranium faiblement enrichi, avec une concentration de moins de 20 % d'isotope fissile 235U. Cette faible quantité d'uranium non-militaire rend le combustible moins désirable pour la production d'armes. Après que le combustible a été irradié, les produits de fission mêlés avec les matériaux fissiles sont hautement radioactifs et nécessitent un traitement spécial pour les extraire de façon sûre, autre caractéristique non-proliférante.

Certains concepts de SMR sont conçus pour avoir un cœur de durée de vie égale à celle du réacteur, si bien que ces SMR n'ont pas besoin de rechargement. Ceci améliore la résistance à la prolifération car aucune manipulation de combustible nucléaire sur site n'est requise. Mais cela signifie aussi que le réacteur contiendra de grandes quantités de matériau fissile pour maintenir une longue durée de vie, ce qui pourrait en faire une cible attractive pour la prolifération. Un SMR à eau légère de 200 MWe avec un cœur de 30 ans de durée de vie pourrait contenir environ 2,5 tonnes de plutonium vers la fin de sa durée de fonctionnement[30].

Des réacteurs à eau légère conçus pour fonctionner avec le cycle du combustible nucléaire au thorium offrent une résistance à la prolifération accrue en comparaison du cycle conventionnel à l'uranium, bien que les réacteurs à sels fondus aient un risque substantiel[31],[32]

La construction modulaire des SMR est une autre caractéristique utile. Comme le cœur du réacteur est souvent construit complètement à l'intérieur d'une usine centrale de fabrication, peu de personnes ont accès au combustible avant et après irradiation.

Concepts de réacteurs

De nombreux nouveaux concepts de réacteurs sont en gestation dans le monde entier. Une sélection de concepts actuels de petits réacteurs nucléaires est listée ci-dessous ; certains ne sont pas à proprement parler des SMR, leur conception n'intégrant pas l'objectif de modularité, mais la plupart sont des concepts innovants.

Liste de concepts de petits réacteurs modulaires[33]
Nom Puissance brute (MWe) Type Producteur Pays Statut
ABV-66–9REPOKBM AfrikantovRussieConception détaillée
ACP-100[34]100REPCNNCChinevoir infra : Linglong-1
ANGSTREM[35]6LFROKB GidropressRussieDesign conceptuel
ARC-100[36]100RNR-NaAdvanced Reactor ConceptsÉtats-UnisDesign conceptuel
Aurora1,5RNROklo Inc.États-Unisdemande de licence de construction et d'exploitation[37]
mPower195REPBabcock & WilcoxÉtats-UnisConception de base
(Abandonné en )
Brest-300[38]300LFRAtomenergopromRussieConception détaillée
BWXT[39]microréacteur transportable à combustible TRISOBWXT Advanced TechnologiesÉtats-Unisprojet Pele de réacteur pour bases militaires
CAREM27–30REPCNEA & INVAPArgentineEn construction
EGP-611RBMKIPPE & Teploelektroproekt DesignRussie4 réacteurs en fonctionnement à la centrale de Bilibino
(seront remplacées en 2019 par la centrale Akademik Lomonosov)
ELENA[rln 1]0.068REPInstitut KourtchatovRussieDesign conceptuel
eVinci[39]1 à 5microréacteurWestinghouse Electric CompanyÉtats-Unistest de caloducs et de méthode de rechargement
Flexblue160REPNaval Group/TechnicAtome/CEAFranceAbandonné
FMR[36]50Réacteur à neutrons rapides refroidi au gazGeneral AtomicsÉtats-UnisDesign conceptuel
Fuji MSR200RSFInternational Thorium Molten Salt Forum (ITMSF)JaponDesign conceptuel (?)
GT-MHR (Gas turbine modular helium reactor)285HTGROKBM Afrikantov + partenaires américains, Framatome, FujiinternationalDesign conceptuel achevé
G4M25LFRGen4 Energy (ex-Hyperion)États-UnisDesign conceptuel
IMSR400185–192RSFTerrestrial Energy, Inc.[41]CanadaDesign conceptuel
IRIS (International Reactor Innovative and Secure)335REPWestinghouse+partenairesinternationalConception de base
KP-HFR[39]140réacteur à haute température à sels fondus et combustible à particules (TRISO)Kairos PowerÉtats-Unisconstruction d'un démonstrateur
KLT-40S / KLT-40C35REPOKBM AfrikantovRussieCentrale nucléaire flottante Akademik Lomonosov mise en service en
Linglong-1 (ex-ACP-100)125REPCNNCChineréacteur en construction depuis juillet 2021[42]
MCRE/MCFR[39]réacteur à sels fondus à spectre rapide[43]TerraPower/Southern CyÉtats-Unis
MHR-10025–87HTGROKBM AfrikantovRussieDesign conceptuel
MHR-T[rln 2]205.5x4HTGROKBM AfrikantovRussieDesign conceptuel
MIGHTR[36] ?réacteur intégré à haute température refroidi au gaz et à géométrie horizontaleMITÉtats-UnisDesign conceptuel
MRX30–100REPJAERIJaponDesign conceptuel
Natrium[44]345FBRTerraPower/GE Hitachi Nuclear EnergyÉtats-UnisDesign conceptuel
NuScale[45]45–50LWRNuScale Power[46]États-UnisHomologué en 2018[47]
NUWARD[48]2x170
ou 4x170		REPNaval Group/TechnicAtome/CEA/EDFFranceDesign conceptuel
PBMR-400 (Pebble bed modular reactor)165PBMREskomAfrique du SudConception détaillée
RITM-20050REPOKBM AfrikantovRussieEn construction pour brise-glaces
SLIMM[49]10 à 100FBRISNPS[50]États-UnisDesign conceptuel
SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor)100REPKAERICorée du sudA obtenu sa licence
SMR-160[39]160REPHoltec InternationalÉtats-UnisDesign conceptuel
SVBR-100[51],[52]100LFROKB GidropressRussieConception détaillée, pour cogénération/dessalement
RSS37,5x8RSFMoltex Energy LLP[53]Royaume-UniDesign conceptuel
PRISM (Power Reactor Innovative Small Module)311FBR, surgénérateurGE Hitachi Nuclear EnergyÉtats-UnisConception détaillée
TerraPower TWR[54]10TWRTerraPower - Bellevue, WAÉtats-Unis/ChineDesign conceptuel
TerraPower MCFR[55],[56] ?RSFTerraPower - Bellevue, WAÉtats-UnisDesign conceptuel
Toshiba 4S (Ultra super safe, Small and Simple)10–50RNRToshibaJaponConception détaillée
U-Battery4PBRU-Battery consortiumRoyaume-UniDesign conceptuel[57]
UK SMR[58]440REPUK SMR Consortium (Rolls-Royce)Royaume-UniDesign conceptuel[59]
VBER-300325REPOKBM AfrikantovRussieAu stade de la demande de licence
VK-300250BWRAtomstroyexportRussieConception détaillée
VVER-300300BWROKB GidropressRussieDesign conceptuel
Westinghouse SMR225REPWestinghouse Electric CompanyÉtats-UnisConception préliminaire terminée
Xe-10035HTGRX-energy[60]États-UnisDesign conceptuel en développement
StarCore HTGR 20 à 100 HTGR StarCore Canada Pre-licensing vendor review process (2016)[61]
Quelques réacteurs ne sont pas inclus dans le rapport de l'AIEA, et ceux du rapport IAEA ne sont pas tous dans la liste ci-dessus.

La start-up Kairos Power a été créée en 2016 par des chercheurs de l’université de Berkeley en Californie pour développer un projet de réacteur à haute température refroidi par des sels fondus (Fluoride salt cooled High temperature Reactor - FHR) de 100 à 400 MW thermiques[62]. En décembre 2020, le projet reçoit du programme ARDP (Advanced Reactot Demonstration Program) du Département de l'Énergie des États-Unis un budget de 303 millions $ sur sept ans pour construire à proximité du Laboratoire national d'Oak Ridge un réacteur expérimental, Hermes Reduced-Scale Test Reactor, afin de préparer le développement de son KP-FHR, réacteur à haute température de 140 MW à sels fondus (fluorures) comme caloporteur et à combustible solide à boulets (TRISO - TRi-structural ISOtropic particle)[39].

GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) et la startup TerraPower de Bill Gates annoncent en septembre 2020 le projet « Natrium » qui intègrera un réacteur rapide refroidi au sodium de 345 MW avec un système de stockage d'énergie à sels fondus. Il combine les innovations du réacteur à onde progressive TWR de TerraPower et de la technologie PRISM de GEH. L'usine de démonstration est conçue pour une livraison d'ici sept ans. Le stockage thermique, inspiré de celui des centrales solaires thermodynamiques, permettra de porter la puissance du système à 500 MW pendant plus de cinq heures si nécessaire. Plusieurs fournisseurs d'électricité ont exprimé leur soutien : PacifiCorp, Energy Northwest et Duke Energy[44].

Le 13 octobre 2020, le Département de l'Énergie des États-Unis annonce la sélection de deux équipes américaines qui recevront chacune 80 millions $ dans le cadre du programme ARDP : TerraPower pour son projet Natrium et X-Energy pour son projet Xe-100 de réacteur à haute température refroidi au gaz destiné à la production de chaleur pour des applications industrielles telles que le dessalement et la production d'hydrogène ; ce projet inclut la construction d'une usine de fabrication de combustible TRISO (TRi-structural ISOtropic particle)[63].

La start-up Newcleo, lancée en 2021 par le physicien italien Stefano Buono, a bouclé en deux mois un tour de table de 118 millions d'euros afin de mettre au point un prototype d'un réacteur à plomb liquide avec l'ENEA, le CEA italien. Elle cherche un site en France, au Royaume-Uni ou au Canada[64].

  1. S'il est construit, le réacteur ELENA sera le plus petit réacteur nucléaire commercial jamais construit[40].
  2. Complexe à plusieurs unités basé sur le concept de réacteur GT-MHR, conçu principalement pour la production d'hydrogène.

Sites proposés

Russie

La Centrale nucléaire de Bilibino, centrale nucléaire la plus septentrionale du monde, au nord du cercle polaire arctique, compte 4 petits réacteurs mixtes qui produisent à la fois de l'énergie thermique et électrique. Cette centrale a été remplacée par la centrale nucléaire flottante Akademik Lomonosov (deux réacteurs PWR de 35 MW chacun). En , Rosatom annonce la mise en service complète de la centrale, qui a déjà produit plus de 47 GWh depuis sa mise en service partielle en [65].

Chine

CNNC annonce le 14 juillet 2021 le démarrage du chantier de son premier SMR sur le site de la centrale nucléaire de Changjiang, sur l'île tropicale de Hainan. Ce réacteur utilise la technologie « Linglong One » développée deuis plus de dix ans par CNNC, également appelée « ACP100 », concept de réacteur à eau pressurisée à buts multiples, qui est devenue en 2016 le premier concept de SMR à passer une revue de sûreté de l'AIEA. Le Linglong-1 a une puissance de 125 MW et produira près de 1 TWh par an. C'est le premier SMR terrestre mis en construction au monde[66],[42].

Royaume-Uni

En 2016 selon le Sunday Telegraph des sites sont en cours d'examen pour le déploiement de SMR dans le Pays de Galles, dont celui de l'ancienne centrale nucléaire de Trawsfynydd et sur les sites d'anciennes centrales nucléaires ou à charbon dans le Nord de l'Angleterre. Les sites nucléaires existants sont considérés comme des possibilités, dont Bradwell, Hartlepool, Heysham, Oldbury, Sizewell, Sellafield et Wylfa[67].

En , une commission d'experts missionnée par le gouvernement a préconisé dans son rapport un soutien massif aux SMR ; elle recommande un effort semblable à celui consenti pour l'éolien offshore dans les années 2010[68].

États-Unis

La Tennessee Valley Authority a annoncé qu'elle va soumettre une demande préliminaire d'autorisation de site (Early Site Permit Application (ESPA) à la Nuclear Regulatory Commission en pour l'éventuelle installation d'un SMR sur son site de Clinch River au Tennessee. Cette demande s'appliquerait sur 20 ans, et concerne la sécurité du site, la protection de l'environnement et la préparation aux urgences associée. La TVA n'a pas mentionné de choix de technologie si bien que l'ESPA serait applicable pour n'importe quel concept de SMR en développement aux États-Unis[69].

NuScale Power, basé à Portland (Oregon), a déposé en son dossier auprès de la Nuclear Regulatory Commission pour faire approuver le design de son projet de SMR de 50 MW ; NuScale a conclu un partenariat avec un consortium de fournisseurs d'électricité de l'Utah pour construire une centrale de 12 modules sur un terrain situé dans l'Idaho appartenant au Department of Energy (DoE), qui est aussi partenaire du projet NuScale[70]. Nuscale a obtenu le l'approbation finale de son design par la NRC. NuScale vise le démarrage d’un premier module de 60 MW en 2029. Une première centrale, composée de 12 modules (720 MW), pourrait ainsi devenir fonctionnelle en 2030, sur le de l’Idaho National Laboratory. Son coût de construction est évalué à 3 milliards $ (2,5 milliards €)[28]. Le , le DoE approuve une subvention pluriannuelle qui pourrait apporter jusqu'à 1,4 milliard $ à l'entité qui va construire cette centrale, un regroupement de régies municipales de l'Utah, pour aider au développement de ce projet et réduire son risque de prototype ; la construction débutera en [71].

La start-up canadienne Terrestrial Energy a signé en un mémorandum d’entente avec l’opérateur Energy Northwest pour la construction et l'exploitation de son prototype sur le site de l’Idaho National Laboratory, déjà retenu pour abriter le prototype de réacteur modulaire (SMR) de NuScale. Le projet de réacteur a sels fondus (IMSR) de Terrestrial Energy, d’une puissance de 190 MWe, est conçu en tant que SMR et sera construit en usine[72].

Un rapport du DOE, publié en , montre comment l’ensemble des mesures de soutien fédérales ont permis aux énergies renouvelables (hors hydraulique) de passer entre 2010 et 2016 de 4 à 10 % de la production électrique et suggère qu'il serait certainement utile que le déploiement des SMR puisse bénéficier du même accompagnement, via des incitations financières et des politiques fédérales favorables : un investissement public de 10 Mds$ pourrait avoir un impact significatif pour soutenir la construction de six SMR d’ici 2035 et réduire de 22 % le coût de leur électricité produite ; en comparaison, 51,2 Mds$ ont été dépensés par le gouvernement dans l’éolien et le solaire entre 2005 et 2015, dont 90 % via des crédits d’impôts[73],[74].

L’entreprise californienne Oklo Inc. est entrée en juin 2020 dans le processus d’obtention d’une « licence combinée » (COL) autorisant à la fois la construction et l’exploitation d’un réacteur sur un site donné, en l’occurrence l’Idaho National Laboratory. Ce réacteur, baptisé Aurora, est un réacteur à neutrons rapides compact, d’une puissance de 1,5 MWe pour 4 MWth. Il ne nécessite ni pompes, ni de vannes, ne contient pas d’eau, le sodium étant utilisé comme « liant thermique », avec des caloducs contenant du potassium. Le combustible sera fourni par l’Idaho National Lab : un combustible métallique (90 % uranium, 10 % zirconium) utilisant de l’uranium enrichi entre 5 et 20 % (High Assay Low Enriched Uranium - HALEU), fabriqué à l'origine pour le réacteur expérimental EBR-II. Le combustible métallique UZr baigne dans du sodium ; des caloducs remplis de potassium traversant le cœur font office d’échangeurs de chaleur. Spécialement conçu pour les applications hors-réseau, le déploiement de chaque module d’Aurora pourrait éviter l’émission d’1 million de tonnes de CO2 en remplaçant les générateurs diesels[37].

L'envoyé spécial pour le climat John Kerry confirme le soutien de l'administration Biden aux SMR : « nous devons garder ouverte une position de repli au cas où l'on ne réussirait pas une percée dans le stockage des batteries, si on ne réussit pas à créer une économie de l'hydrogène ». Le Département de l'Energie a attribué 160 millions de dollars en 2020 à X-Energy et à TerraPower[75].

Le 2 juin 2021, TerraPower, PacifiCorp (filiale de Berkshire Hathaway Energy) et le gouverneur du Wyoming annoncent la construction d’un démonstrateur du projet Natrium dans l’État du Wyoming où plusieurs sites sont à l’étude ; l’installation se fera sur le site de l’une des centrales à charbon mise à l’arrêt dans le cadre de la transition énergétique. PacifiCorp a annoncé en 2019 fermer les deux tiers de ses installations au charbon d’ici à 2030. L’installation comprend un petit réacteur rapide refroidi au sodium de 345 MWe et un système de stockage à sels fondus qui permettra d'atteindre une puissance de 500 MWe pendant 5 h 30 afin de compenser les fluctuations des énergies renouvelables. Le DOE finance le projet à hauteur de 2 milliards de dollars afin de soutenir l'ingénierie, la demande de licence, la construction et la démonstration de ce projet précurseur qui sera mis en service à la fin de la décennie[76],[77].

Finlande

Les villes d’Helsinki, d’Espoo et de Kirkkonummi ont lancé des études pour déterminer la possibilité de remplacer le chauffage urbain assuré aujourd’hui par du gaz et du charbon par des petits réacteurs modulaires (SMR) ; plus de la moitié des émissions de gaz à effet de serre d’Helsinki provient du chauffage urbain[78]. Plus de 100 candidats aux élections municipales ont signé une déclaration appelant les villes finlandaises à explorer l’utilisation des petits réacteurs nucléaires (SMR) pour le chauffage urbain, dont de nombreux candidats Verts[79].

Ukraine

Mi 2019, un consortium a été annoncé, qui regroupe Energoatom (Ukraine), le centre national de la science et de la technologie (SSTC) de l'Ukraine, et Holtec international (société enregistrée dans le paradis fiscal du Delaware aux Etats-Unis) pour développer le SMR-160 en Ukraine[80].

France

Le plan de relance présenté en par le gouvernement prévoit un budget de 170 millions d'euros pour accélérer la recherche sur les petits réacteurs modulaires[81].

Concept "Flexblue"

En 2011, l'entreprise de construction navale DCNS avait annoncé travailler depuis 2008 sur un projet d'industrialisation d'un petit réacteur nucléaire sous-marin (50 et 250 MW, pouvant alimenter de 100 000 à 1 million d'habitants) dit « Flexblue », avec Areva, EDF et le CEA, pour un nucléaire de « proximité » sous-marin, opérationnel dès 2017. Il s'agirait d'un équivalent réacteur de sous-marin nucléaire (cylindre d’une centaine de mètres de long et de 15 mètres de diamètre, pesant environ 12 000 tonnes qui pourraient être immergé entre 60 et 100 m, directement refroidis par l'eau. L'entreprise avait annoncé une mise en service pour 2017. Des questions de sûreté, de sécurité et d'acceptabilité (concernant notamment les effets de la chaleur dégagée sur les écosystèmes, les risques de fuite, d'attaque, de tsunami, etc.) pour des réacteurs présentés comme conçus "sur les mêmes bases qu’un réacteur de troisième génération (type EPR) (...) protégé par une triple barrière (gaine du combustible, circuit primaire, coque)". DCNS proposait une filet de maille contre les attaques de torpilles. DCNS estimait qu'un marché de 200 unités en 20 ans était possible[82]. Finalement le projet a été abandonné.

Projet "NUWARD"

Sur la base de concepts en réflexion préliminaire et étude depuis les années 2005/2010 chez TechnicAtome, les études d'ingénierie préliminaires ont été lancées en 2018 d'un projet de 150 à 170 mégawatts électriques, développé par EDF, TechnicAtome, Naval Group et le CEA[83]. Ce petit réacteur modulaire dénommé "NUWARD", projet porté par un consortium réunissant EDF, le CEA, TechnicAtome et Naval Group, a été présenté le à la conférence générale annuelle de l’AIEA. La technologie/filière de base est celle (classique et éprouvée) des réacteurs REP, très compacts et modulaires[48]. Cependant le concept comporte des innovations importantes en termes de sûreté passive (sans sources électriques) et de simplifications d'exploitation.

Le produit proposé à l'exportation est une petite centrale de 340 MWe composée de 2 réacteurs identiques de 170 MW. EDF et ses partenaires comptent soumettre en 2022 un premier dossier d'option de sûreté à l'Autorité de sûreté nucléaire et finaliser en 2026 l'ensemble du design et les spécificités techniques de cette nouvelle centrale, en vue d'une entrée sur le marché entre 2035 et 2040. Le projet vise avant tout le marché à l'export, mais EDF discute avec les pouvoirs publics pour installer au préalable un démonstrateur en France[84].

Turquie

En , l’énergéticien public turc EUAS a signé avec Rolls-Royce Holdings plc une déclaration d’intention portant sur la réalisation d'une étude relative à l’utilisation de petits réacteurs modulaires (SMR) en Turquie. Rolls-Royce dirige un consortium d’entreprises britanniques consacré à la construction au Royaume-Uni du UK SMR, réacteur d'une puissance comprise entre 220 et 440 MW dont le coût de production de l’électricité est annoncé à 60 livres sterling/MWh (environ 8 c€/kWh)[85].

Estonie

L’entreprise estonienne Fermi Energia étudie la construction d’un SMR en Estonie ; pour cela, elle a signé en des déclarations d'intention avec le Finlandais Fortum et le Belge Tractebel, puis mi-mars, avec le Suédois Vattenfall. Ce projet permettrait de mettre fin aux importations d’électricité depuis la Russie et de réduire les émissions de CO2 dues à la centrale de Narva (2 380 MWe), qui fonctionne au schiste bitumeux[86],[87].

Références
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