TerraPower, le réacteur nucléaire miracle de Bill Gates

samedi 08 mai 2010 Écrit par  Yves Heuillard

Le réacteur nucléaire Terrapower, dont le développement est soutenu par Bill Gates, est nouveau à deux titres. Il s'agit d'un réacteur qui, une fois en marche, pourrait fonctionner 60 ans sans s'arrêter et sans être rechargé ; et sa conception est issue de la recherche privée. Son principe en revanche n'est pas nouveau. [Illustr. Intellectual Ventures] 

Arrêter un réacteur nucléaire pour décharger le combustible usé et le remplacer par du combustible neuf est une opération chère et délicate (voir notre article sur un incident de déchargement au Tricastin). L'opération, qui nécessite des transports de matières radioactives, engendre des risques de prolifération d'armes nucléaires et de pollution environnementale. Le réacteur de Terrapower, développé par Intellectual Ventures, ne s'arrête pas, ne demande pas de rechargement de combustible. En fin de vie, le combustible usé pose toutefois les mêmes problématiques que pour tout autre réacteur.

Comment ça marche

Si le principe physique du réacteur de Terrapower n'est pas nouveau - il date des années 1950(1) - la conception technique de ce type réacteur, dit Travelling Wave Reactor ou TWR, date du début des années 1990. Terrapower en est la première modèlisation réalisable. Intellectual Ventures en détient le brevet. Voici comment marche ce réacteur, du moins sur le papier, car aucun prototype n'a encore été réalisé

stockahe d'uranium appauvri sous forme de UF6 (hexafluorure d'uranium)Ci-contre : stockage d'uranium appauvri sous forme de fûts d'hexafluorure d'uranium à Portsmouth (USA) - Photo Argonne National Laboratory.

Le combustible de Terrapower est de l'uranium appauvri (uranium 238 à plus de 99%). L'uranium appauvri est un sous produit de l'enrichissement de l'uranium nécessaire à la fabrication d'armes atomiques, ou de combustible pour les centrales nucléaires classiques. Il y en a plus d'un million de tonnes en stock dans le monde(2). Il est donc abondant et bon marché. Selon Intellectual Ventures, il y en aurait assez pour alimenter la terre en électricité pendant 10 000 ans.

Fonctionnement d'un réacteur nucléaire de type Travelling Wave Reactor (TWR)Pour démarrer, le réacteur, a besoin d'être amorcé avec une petite quantité d'uranium enrichi. Pendant cet amorçage le réacteur fonctionne comme un réacteur classique, mais la réaction en chaîne transforme l'uranium 238 en plutonium 239, qui est en réalité le vrai combustible de ce réacteur. Dans les présentations de la technologie (comme ici en vidéo) le mot "plutonium" est évité. Probablement parce qu'il est généralement associé à une dangerosité extrème(3)

Le réacteur Terrapower se présente sous la forme d'un cylindre. Une fois la réaction amorcée à une extrémité, elle se propage lentement, sur une épaisseur d'un mètre dans tout le réacteur, produisant du plutonium, utilisé sur le champ pour produire de l'énergie.

Un réacteur comme une pile

Réacteur Terrapower - vue en coupeLe richissime fondateur de Microsoft est tellement célèbre, que son soutien financier, et son soutien tout court au projet de réacteur Terrapower de la société d'inventeurs Intellectual Ventures, lui valent d'en être considéré comme le représentant. Le réacteur de Bill Gates donc, est chargé en combustible une seule fois pour toute, et il fonctionne sans s'arrêter pendant 60 ans, comme une pile. 

Ci-contre : vue en coupe du réacteur et de son système de refroidissement par du sodium liquide [source Intellectual Ventures]

La technologie peut donner lieu à des petits réacteurs de l'ordre de quelques centaines de mégawatt (MW) à comparer avec les monstres actuels de 1600 MW. Ce qui fait dire à ses défenseurs que le nucléaire serait ainsi plus accessible. La technologie TWR limite considérablement le risque de prolifération (le combustible est produit dans le réacteur) et c'est un avantage. Autre avantage, déjà mentionné, les risques liés à l'exploitation sont minimisés du fait de l'absence de gestion du combustible (sur 60 ans, un seul chargement contre 40 pour un réacteur classique). 

Toutefois la plus grande disponibilité à la vente de réacteurs nucléaires, leur dispersion sur les territoires, leur banalisation, ici pour une unité de désalement de l'eau de mer où là pour une usine d'aluminium, peut poser des problèmes de contrôle.   

Plus, ou moins de déchets ?

Comparé à un réacteur classique, il est conçu pour « brûler » plus complètement son combustible, de 20 à 50% selon Intellectual Venture, contre 5% dans un réacteur classique (on parle de taux de combustion(4) ) ; ce qui ne veut pas dire qu'il rejette moins d'effluents radioactifs dans l'atmosphère et dans l'eau pendant son fonctionnement, qu'il ne produit pas de déchets, ou que ceux-ci seraient moins dangereux.  En revanche, à production d'électricité équivalente, le volume de combustible usé en fin de vie est moindre du fait du taux de combustion élévé, et, selon les chercheurs de Intellectual Ventures, sa radiotoxicité(5) est également moindre. 

à la fin de la combustion, le réacteur, contient un mélange d'uranium 238 non converti, du plutonium non "brûlé", et des déchets de haute activité radioactive - les cendres de la réaction nucléaire si vous préférez. Ils sont fortement dangereux du fait de leur radioactivité intense. Une partie d'entre eux, les produits dits de fission, ont, pour la plupart, une courte durée de demi-vie(6) (inférieure à quelques dizaines d'années) et une très grande activité ; une autre partie a une très longue durée de demi-vie (des milliers à des millions d'années) et constitue les déchets à haute activité et à vie longue (déchets HAVL). 

Du taux de combustion élévé, résulte une moins grande masse initiale de combustible, mais une plus grande masse de cendres nucléaires produite au cours de la combustion. Mais comme le réacteur n'est pas déchargé pendant 60 ans, au moment de la fin de vie du réacteur, la radioactivité des produits de fission, a déjà largement décru.

La comparaison, à production d'électricité égale, avec un réacteur classique est difficile. Selon les chercheurs de Intellectual Ventures(7) "nos calculs suggèrent que, sur la base de la composition du combustible vu plus haut, un réacteur de type TWR produira des produits de fission, des actinides, de la chaleur résiduelle, en quantité comparable avec un réacteur à eau légère pour la période comprise entre 100 et 1000 ans après l'arrêt du réacteur".

Les chercheurs de Intellectual Ventures ont aussi calculé la radiotoxicité(7) du combustible usé d'un réacteur TWR comparée à celle d'un réacteur classique. Elle est moins élevée (jusqu'à 50% moindre) pendant les 1000 premières années, puis plus élevée (jusqu'à 250%) pendant la période comprise entre 1000 et 100 000 ans, puis moindre à nouveau. Ces chiffres varient beaucoup en fonction du taux de combustion du réacteur. Si on augmente le taux de combustion à 40% - ce qui est faisable en théorie mais pose des problème de tenue des matériaux non résolus pour le moment-, la radiotoxicité du combustible usé ne dépasse pas de plus de 10 % celle du combustible d'un réacteur classique sur la période comprise entre 1000 et 100 000 ans.

Cette comparaison a un sens aux Etats-Unis où le combustible usé n'est pas retraité (voir en fin d'article le commentaire de Christophe à ce sujet). On pourra objecter qu'en Europe où le combustible est retraité, la comparaison devrait être opérée sur des bases différentes. Notons simplement le point suivant : s'il est économiquement viable de retraiter le combustible usé des centrales nucléaires classiques pour en faire du neuf, ce n'est probablement pas le cas de celui d'un réacteur TWR, du fait de l'abondance et du caractère bon marché du combustible. L'ensemble du combustible usé sera donc très probablement voué au stockage.  

Au plan des déchets, le réacteur de type TWR, n'apporte donc pas de solution miracle, mais des volumes de combustible usé moindre, une manutention simplifiée (un chargement, contre 40 chargements-déchargements sur la durée de vie), qui limitent les risques, et les pertes dans la biosphère.  

Pas avant trente ans

Le réacteur n'est pour l'instant que le fruit de simulations. Aucun prototype de ce réacteur n'existe pour l'instant et c'est la disponibilité de supercalculateurs à des prix abordables qui a rendu sa conception possible. La mise au point d'un prototype, et la disponibilité d'un premier modèle commercial ne pourrait pas se faire avant trente ans. Intellectual Ventures compte sur une renaissance nucléaire(8) qui rendrait la ressource en uranium rare, pour provoquer un intérêt pour ce type de réacteur. Intellectual Ventures est en pourparler avec Toshiba.

Notes et références

(1) S.M. Feinberg, “Discussion Comment”, Rec. of Proc. Session B-10, ICPUAE, United Nations, Geneva, Switzerland (1958). 

(2) Souce Wise-Uranium

(3) Le plutonium est dangereux à deux titres. Sa masse critique (la masse minimale nécessaire pour faire une bombe atomique) est faible. Un kg de plutonium peut libérer l'énergie de 20 000 tonnes de TNT (source Wikipedia). L'inhalation par l'homme d'une simple poussière de plutonium (de l'ordre du milligramme) suffit à provoquer un cancer des voies respiratoires (Source GreenPeace).

(4) C'est le taux de combustion. Il correspond au pourcentage d'atomes de combustible ayant participé à la réaction nucléaire (réaction de fission).

(5) La radiotoxicité d'un élément radioactif est mesurée par la quantité d'eau (radiotoxicité dans l'eau) ou d'air (radiotoxicité dans l'air) nécessaire pour diluer cet élément, afin de ramener la radioactivité sous le seuil des valeurs légales fixées par l'administration. La radiotoxicité (dans l'air ou dans l'eau) du combustible usé correspond à la somme des radiotoxicités de tous les éléments (dans l'air ou dans l'eau). Cette radiotoxicité évolue dans le temps en fonction de la décroissance, plus ou moins rapide, de la radioactivité de chaque élément du combustible usé.

(6)  La demi-vie d'un corps radioactif est le temps après lequel la moitié de ses atomes s'est désintègrée naturellement.

(7) Extending the Nuclear Fuel Cycle with Traveling-Wave Reactors (Terrapower LLC, Proceedings of Global 2009 Paris, France, Septembre 6-11, 2009 Paper 9294)

(8) Il y a 438 réacteurs dans le monde qui produisent 15% de l'électricité. 75% sont dans la deuxième moitié de leur durée de vie. 54 autres réacteurs sont en construction, dont 23 en Chine.130 autres sont plannifiés. (Source World Nuclear Info).

8 Commentaires

  • Lien vers le commentaire jeudi 28 mars 2013 Posté par sandidacture

    bande de fous ont ne vie pas sur des suppositions,avec le nucleair on condamne la terre plus longtemps que la formation du systeme solaire on reverra pas de dinosaure tant pis

  • Lien vers le commentaire samedi 29 septembre 2012 Posté par freddy

    actuellement le développement est aux générateurs de 4éme génération, pour ma part je préfère la solution au thorium. Qui est de plus loin la plus sur, la moins polluante et la plus pérenne !
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Réacteur_nucléaire_à _sels_fondus

  • Lien vers le commentaire mercredi 04 juillet 2012 Posté par Macuser

    il est fou ce mec! un marchand de virus! Encore un déjanté du cigare! merci APPLE!

  • Lien vers le commentaire jeudi 08 décembre 2011 Posté par Tonton Makoute

    Comment faire si on veut interrompre le processus avant les 60 ans limite?

  • Lien vers le commentaire mercredi 08 juin 2011 Posté par Eric

    L'hexafluorure d'uranium, n'est-ce pas un gaz?
    Lorsque je vois la photo de ces bonbonnes de gaz d'uranium entreposées à  l'air libre, je me fais du soucis... Si les concepteurs de ce surgénérateur ont la même vision du principe de précaution, on va à  la catastrophe assurée...

  • Lien vers le commentaire mercredi 12 mai 2010 Posté par pepone

    Encore un surregénérateur qui marche au sodium liquide qui a l'aventage d'exploser si il est au moindre contact avec l'eau ou l'air. se pose-t-on le problème du démentellement , on ne sait toujours pas le faire meme pur des petites centrales comme Brenilis. Et là  en plus pour l'arreter , cliquez sur démarrer!

  • Lien vers le commentaire lundi 10 mai 2010 Posté par yves

    Exact, je corrige en ce qui concerne le retraitement. Pour le reste vos remarques sont aussi très pertinentes. + l'humour, c'est bien sympa, merci.

  • Lien vers le commentaire dimanche 09 mai 2010 Posté par Christophe C

    incertitudes : sans commentaire,
    inexactitude : en France, le combustible usé n'est pas recyclé mais retraité , la différence ? d'abord, il n'y a qu'un seul "cycle" puisque le MOX fabriqué à  partir du plutonium et d'uranium appauvri n'est pas retraité une fois usé. Deuxièmement, la partie réellement réutilisée est très faible, et le stock de plutonium, d'uranium appauvri, d'actinides et produits de fission de la france ne cesse d'augmenter (plus de 100 T. de plutonium par exemple) ....

    oublis : le sodium liquide est très dangereux (risque d'explosion et de pollution majeure) comme le prouve le surrégénérateur de crey malville, le célèbre SUPERPHENIX dont le sodium n'est toujours pas démantelé. Car autre oubli, le réacteur miracle de Bill n'est pas autre chose qu'un surrégénérateur relooké .

    Fantasmes : croire que Bill Gates peut produire autre chose que des bugs ... un peu d'humour et de dérision ne fait pas de mal

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