Mieux vaut tard que jamais. Au moment où près de 80 projets, dont trois français (Nuward, Naarea et Jimmy), se font déjà concurrence dans le monde, le CEA a décidé d’entrer dans la course aux petits réacteurs nucléaires (SMR). Après un appel à idées réalisé en interne, cinq projets ont été retenus, donc deux assez matures pour permettre de donner naissance à des start-up. Ils ont été dévoilés le 9 mars lors du salon consacré aux deeptechs, Hello Tomorrow, organisé à Paris.
Le premier projet, Hexana, est porté par Sylvain Nizou, un ingénieur docteur passé par STMicroelectronics qui a ensuite évolué pendant quinze ans dans l’efficacité énergétique et les renouvelables. Arrivé il y a trois ans au CEA, à la direction des programmes sur l’économie circulaire, ce nouveau dirigeant de start-up a trouvé dans le petit nucléaire une solution pour fournir assez d’énergie décarbonée pour fermer le cycle industriel du carbone, entre captage dans l’air, les fumées ou les déchets, et valorisation dans la production de carburant de synthèse notamment.
«On veut créer des émissions négatives. Mais on n’est pas à la hauteur dans les ordres de grandeurs avec les énergies renouvelables», observe Sylvain Nizou. Il s’est donc rapproché de deux experts nucléaires du CEA, Paul Gauthé (du programme Astrid) et Jean-Baptiste Drouin (ingénieur docteur en conception, fonctionnement et sûreté des réacteurs avancés), qui avaient proposé une technologie de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium. Celle utilisée dans les surgénérateurs Phénix, Superphénix et dans le programme Astrid. «La R&D sur cette technologie ne s’est pas arrêtée après la décision de ne pas construire le démonstrateur Astrid, rappelle Stéphane Sarrade, directeurs des programmes énergies au CEA. Nous disposons toujours de 135 chercheurs qui travaillent sur le sujet.»
Neutrons rapides, chaleur et stockage pour Hexana
Cette technologie, dont la propriété intellectuelle est partagée entre le CEA, EDF et Framatome (qui sont partenaires d’Hexana), doit permettre d’utiliser comme combustible une partie de ceux usés des réacteurs à eau pressurisée du parc français, et donc de diminuer le volume de déchets haute radioactivité et à vie longue. Ciblant le marché de la décarbonation des grands sites industriels, avec la production d’hydrogène haute température d’une autre spin-off du CEA (Genvia) ou les réseaux de chaleur urbains, Hexana vise une puissance de 2 x 400 MW thermiques. «On aura deux réacteurs pour en avoir toujours un en fonctionnement», précise Sylvain Nizou. Et pour avoir «la même souplesse qu’une centrale à gaz», la chaleur produite sera stockée dans du sel à 500°C. Cela permettra un fonctionnement en continu des réacteurs ce qui allongera leur durée de vie, justifie aussi l’entrepreneur.
Hexana-CEA Pour construire une première unité dès 2035, Hexana a cherché à limiter les verrous technologiques à lever et a choisi des options industrielles déjà maîtrisées. «Avec la technologie à neutrons rapides, il y a plusieurs arbitrages possibles pour la fabrication du combustible. Il faut que la chaîne industrielle [Orano et Framatome en France, ndlr] soit capable de le faire à un horizon proche», explique Valérie Faudon, la déléguée générale de la Société française d'énergie nucléaire (Sfen). Hexana a donc choisi de fonctionner avec un combustible composé d’un mélange d’uranium appauvri et de plutonium qui s’apparentera au Mox, et qu’Orano pourra produire. «Il est difficile de mettre des actinides mineurs, des résidus du traitement des combustibles usés comme l’américium aujourd’hui vitrifiés par Orano, dans ces combustibles-là, pour des raisons de protection des opérateurs», ajoute Valérie Faudon.
Un SMR à sels fondus au chlore pour Stellaria
Une difficulté que la deuxième start-up SMR du CEA, Stellaria, devra pour sa part affronter. Car la technologie des réacteurs de quatrième génération aux sels fondus, également adoptée par la start-up Naarea, est bien moins mature et maîtrisée (notamment par le CEA) que celle à neutrons rapides. Qu’importe. Physicien nucléaire du CEA, Guillaume Campioni s’est associé à Nicolas Breyton (de Schneider Electric) et à Lucas Tardieu (du CEA) pour relever le défi. Ils proposent de développer la première pile à combustible régénératrice du monde. C’est-à-dire qu’elle pourra utiliser comme combustible les actinides mineurs issus du retraitement des combustibles usés. Et ce, alors que 60 000 tonnes de combustibles usés attendent d’être valorisées en France.
Chaque réacteur disposera d'une puissance de 100 MW électrique et de 250 MW thermiques. Les sels utilisés ne seront pas au fluor, mais il s'agira de sels de chlorure stables, «car il est plus compatible avec les technologies industrielles de traitement des combustibles usés d’Orano à La Hague», précise Valérie Faudon. Leur dilatation permet en outre de «stabiliser la puissance à n'importe quel niveau, de 0 à 100 MWe, en moins de 10 secondes, ce qui est idéal pour suivre les énergies renouvelables ou les changements rapides de charge des installations industrielles», explique Stellaria sur son ébauche de site web. Compact, le réacteur tiendra dans une capsule de 4 m3. Elle qui sera changée tous les cinq ans, et pas juste le combustible. «Ce réacteur ne sera pas disséminé, mais uniquement installé sur les grands sites industriels déjà Seveso et donc très sécurisés», précise Guillaume Campioni.
La start-up Hexana doit être créée à Paris au printemps 2023. La création de Stellaria devrait suivre, probablement à Grenoble (Isère).
