C’est la grande promesse des SMR. Ces mini-réacteurs nucléaires modulaires sont destinés à remplacer les centrales à charbon ou au fioul, et donc à fournir, un peu partout, électricité et chaleur à l’industrie, aux villes et aux zones isolées. De par leur taille et leur design intégré, ils promettent tous une sûreté passive. Sans être totalement autonomes, ils pourront non seulement s’arrêter seuls, mais aussi se refroidir. Si une présence humaine sera toujours nécessaire sur les lieux, ce dispositif laissera plusieurs jours à des équipes de maintenance pour intervenir, si besoin. Reste à le démontrer aux autorités de sûreté du nucléaire qui devront délivrer les licences d’exploitation pour ces nouveaux types de réacteur.
Dans le cas du SMR d’EDF Nuward, la filiale de l'énergéticien français a été aidé par le CEA pour la R&D. Après de premières discussions en 2013, le projet de mini-réacteur français, né en 2017, était développé par un consortium composé d’EDF, de TechnicAtome, du CEA et de NavalGroup. Si la tête de série est en France avec l'objectif d'autres réalisations dans l'Hexagone, le projet commercial de Nuward vise désormais l'export. Il est porté depuis mars 2023 par une filiale d’EDF, Nuward, qui a élargi le nombre de ses partenaires en signant avec le belge Tractebel et Framatome. Pour aller plus vite, le projet fait aussi l’objet d’une collaboration inédite entre autorités de sûreté européennes. Composé de deux réacteurs à eau pressurisée (REP), la technologie du parc français actuel, de 170 MWe (mégawatts électriques), Nuward, promet une disponibilité de 90 % et de fonctionner durant 60 ans. Le premier béton pour la tête de série en France, qui pourrait être à la centrale charbon de Cordemais (Loire-Atlantique), est prévu pour 2030. Mais aucune date de mise en service n’est donnée. A ce stade, on sait seulement qu’en rythme de croisière, il faudra 40 mois pour construire un Nuward. On n’en est pas encore là.
Un banc d'essai de 2,5 millions d'euros
Pour assurer une sûreté passive, mais aussi construire plus vite en série ces mini-réacteurs, tous les éléments du circuit primaire – le cœur du réacteur contrôlé sans bore soluble dans l’eau du circuit primaire (piège à neutrons) et les 8 générateurs de vapeur compacts (6 + 2 de sureté) prévus dans le design – seront tous à l’intérieur de la cuve. Le chargement se fera lui lors de la mise en route de la centrale.
De 4 mètres de diamètre extérieur et 13,5 m de hauteur, celle-ci aura une taille équivalente à celle des réacteurs 1300 MW français. D’ailleurs, les deux cuves de la tête de série seront produites à l’usine Framatome du Creusot (Saone-et-Loire), mais pas les générateurs de vapeur innovants. Ces derniers ont été conçus par TechnicAtome, le spécialiste de la propulsion nucléaire des sous-marins et porte-avions. Il présente la particularité d’avoir des échangeurs de chaleur à plaque, et non tubulaires comme dans les EPR traditionnels. En cas d’arrêt brutal du réacteur, un système d’évacuation passif de la chaleur du cœur de réacteur par convection est prévu.
Pour vérifier que ce système de sûreté passif fonctionne, le CEA a monté sur son site de recherche nucléaire de Cadarache (Bouches-du-Rhône) une plateforme d’essai, Poseidon, avec trois boucles de vapeur de forte puissance : Beench pour étudier l’encrassement des canaux secondaires, Exocet pour vérifier l’absence de phénomène de reflux de vapeur dans le condenseur et Everest pour valider le refroidissement par convection naturelle diphasique (eau et vapeur) des échangeurs de chaleur à plaque secondaires et primaires. Les deux premières ont déjà livré les données pour alimenter les outils de simulations numériques indispensables au développement de tels projets.
Les essais d’Everest n’ont, eux, débuté que début décembre 2023. Ils doivent durer jusqu’en 2026. L’installation, qui a mis deux ans à être montée et qui a couté 2,5 millions d’euros, reproduit les circuits primaire et secondaire d'échange de chaleur, mais aussi tertiaire (mur d’eau) et quaternaire (système aéroréfrigérant), avec 400 points de mesure. Le cœur du réacteur est simulé par une chaudière de 500 kW. «On va vérifier que toute la chaleur injectée est bien évacuée dans le mur d’eau», explique Jean Peybernès, le responsable de la plateforme Poseidon.
18,9 millions d'euros pour les autres start-up
À la demande du gouvernement, le CEA va aussi devoir utiliser ses installations de recherche, pour valider les concepts des SMR de génération 4, ou AMR (Advance modular reactor) des start-up lauréates de l’appel à projets réacteurs nucléaires innovants de France 2030. Pour cela, une enveloppe de 18,9 millions d’euros sur deux ans lui a été réservée. «Ce montant résulte d’une estimation des besoins de six start-up, notamment pour l’utilisation des laboratoires chauds du CEA, mais aussi de son expertise sur le cycle du combustible et sur le calcul et la simulation», explique un porte-parole du CEA. Aucun contrat n’est signé et chaque demande sera étudiée au cas par cas en fonction des disponibilités des infrastructures du CEA à Cadarache, Marcoule et Saclay.
Trois d’entre elles, Hexana, Blue Capsule et Otrera, issues du CEA, misent sur un refroidissement au sodium et comptent bien utiliser le laboratoire sodium Papirus du CEA à Cadarache, pour développer leurs instrumentations et tirer parti des essais en cours sur les pompes électromagnétiques. Deux autres, Newcleo et Naarea, développent elles des mini-réacteurs à neutrons rapides refroidis au plomb ou aux sels fondus, où l’expertise serait plutôt du côté du site de Marcoule pour le combustible ou de Saclay pour le calcul. La sixième, Renaissance fusion, pourra sûrement tirer parti de l’expérience acquise par le CEA dans le tokamak West de Cadarache, petit frère du projet international Iter.
L'on peut penser le CEA n’est pas prêt à consacrer toute sa "bande passante" de recherche aux projets de SMR concurrents de Nuward, même ceux portés par des chercheurs issus de ses rangs. Après Poseidon, le CEA veut en effet travailler sur la brique de couplage de production électricité-chaleur pour les SMR. Le mini-réacteur d’EDF pourrait alors lui aussi s’imposer sur le marché de la production d’hydrogène haute température. Une technologie également issue du CEA, qui a fait l’objet d’un transfert vers la coentreprise Genvia, qui a lancé une première ligne pilote sur son site de Béziers.
