À l'intérieur du projet de réacteur micronucléaire MARVEL au Idaho National Lab - 1

Les réacteurs nucléaires ont la réputation bien méritée d’être des projets de construction massifs qui se heurtent fréquemment à des dépassements de coûts. De plus, une fois qu’ils sont finalement construits, leur surveillance et leur maintenance nécessitent une équipe de dizaines d’experts qualifiés.

Mais Yasir Arafat pense que l’énergie nucléaire n’a pas à être ainsi.

Arafat est le responsable technique du projet de microréacteur dans l’un des laboratoires de recherche nucléaire prééminents du gouvernement des États-Unis, Idaho National Lab, et dans son rôle là-bas, Arafat dirige l’effort de construction d’un petit réacteur nucléaire relativement peu coûteux. C’est plus une batterie nucléaire, dit-il.

Arafat a grandi au Bangladesh avant d’aller à l’université aux États-Unis, et il est motivé par un profond sentiment d’urgence pour aider le monde à se décarboner. Les effets du réchauffement climatique ne sont pas discutés comme un scénario futur lointain au Bangladesh – le changement climatique fait déjà partie de la vie quotidienne actuelle. L’énergie nucléaire ne génère aucune émission de gaz à effet de serre, et Arafat espère contribuer à la solution en construisant un prototype de microréacteur qui peut aider au développement de l’industrie.

Le prototype s’appellera le réacteur MARVEL, acronyme du nom du projet Microreactor Applications Research Validation and Evaluation, et l’objectif est de faire fonctionner le premier d’ici décembre 2023, ce qui en fera le premier microréacteur avancé aux États-Unis, Arafat a déclaré à CNBC. (Ces photos montrent un prototype du réacteur MARVEL qui fonctionne avec de la chaleur électrique, et non de la chaleur nucléaire, à des fins de recherche préliminaire.)

Yasir Arafat, responsable technique du projet de microréacteur Marvel, montre le prototype à CNBC.

Photo publiée avec l’aimable autorisation de Magdalena Petrova, CNBC

Le laboratoire national de l’Idaho a commencé à concevoir et modéliser le projet de réacteur MARVEL en juin 2020 sous la direction d’Arafat. S’il est terminé, le microréacteur MARVEL « sera le premier du genre à pouvoir démontrer comment nous pouvons vraiment miniaturiser un système nucléaire en quelque chose qui est portable et transportable, et également capable de fournir de la chaleur et de l’électricité au client final », Arafat a déclaré à CNBC dans une interview vidéo dans l’Idaho en mai.

Il existe déjà une multitude d’entreprises privées – dont Oklo, Westinghouse (où Arafat a travaillé pendant une décennie) et General Atomics – développant des microréacteurs, et leur objectif est le même que celui du gouvernement : développer une source d’énergie fiable et sans émissions.

Un seul microréacteur pourrait alimenter une communauté de 1 000 à 10 000 personnes, qu’il s’agisse d’un hôpital ou d’une base militaire éloignée. Le réseau électrique actuel aux États-Unis est basé sur un système de production d’électricité à un emplacement centralisé et de distribution aux utilisateurs finaux. Mais les microréacteurs s’inscrivent dans une vision future d’un réseau électrique moins centralisé et plus résilient face aux catastrophes naturelles.

En plus d’être des options potentielles d’énergie propre pour les régions éloignées ou les petites communautés, les microréacteurs pourraient être un élément clé d’un futur réseau d’énergie propre qui comprend l’énergie solaire et éolienne renouvelable et le stockage de batteries, a déclaré Arafat. Le nucléaire est une source d’énergie de base, c’est-à-dire qu’il peut fournir de l’énergie lorsque le vent ne souffle pas et que le soleil ne brille pas, servant de protection contre l’intermittence des énergies renouvelables.

Un prototype pour le réacteur Marvel au Idaho National Lab.

Photo publiée avec l’aimable autorisation de Magdalena Petrova, CNBC

Plus petit = moins cher

Les petits réacteurs nucléaires modulaires sont des ordres de grandeur moins compliqués à construire et à construire que les réacteurs à eau légère conventionnels. Les microréacteurs vont encore plus loin.

« L’ensemble du matériel peut être construit dans une usine, comme nous fabriquons des automobiles ou des voitures », a déclaré Arafat à CNBC, permettant la production de centaines de microréacteurs par an. De l’usine, un microréacteur peut être transporté sur le site d’un client, alimenté et démarré. L’objectif est de pouvoir déployer un microréacteur en moins d’une semaine, « donc cela ressemble plus à une batterie nucléaire qu’à une centrale électrique à grande échelle », a-t-il déclaré.

« Si nous devenons vraiment bons dans la fabrication de ces systèmes et profitons de la fabrication en usine, nous pouvons les rendre suffisamment bon marché pour tous les campus du pays », a déclaré Arafat à CNBC.

Les microréacteurs utilisent un autre type de combustible enrichi juste en dessous de la limite de 20 % fixée par les exigences de non-prolifération nucléaire. Ce combustible, appelé HALEU, ou uranium faiblement enrichi à haut dosage, permet de réduire la taille du réacteur.

« Nous pouvons en fait construire un cœur beaucoup plus efficace, beaucoup plus compact et plus petit. Nous aurions donc besoin d’une quantité de combustible beaucoup plus petite pour concevoir un réacteur plutôt qu’un cœur beaucoup plus grand. C’est le plus grand avantage d’un enrichissement plus élevé », a-t-il ajouté. dit Arafat.

La petite taille et la fabrication en usine signifient que les réacteurs micronucléaires seront beaucoup moins chers à construire que les réacteurs à eau légère conventionnels, qui fonctionnent de manière chronique en dépassement de calendrier et de budget. Les troisième et quatrième réacteurs en cours de construction à l’usine de Vogtle en Géorgie sont devenus des exemples tristement célèbres de tels dépassements.

Yasir Arafat, responsable technique du projet de microréacteur de réacteur Marvel, s’entretient avec CNBC au Idaho National Lab.

Photo publiée avec l’aimable autorisation de Magdalena Petrova, CNBC

Cela ne veut pas dire que les premiers microréacteurs sortis de l’usine seront aussi bon marché ou aussi rapides que la technologie le deviendra. Mais ils seront probablement déployés dans des endroits où il n’y a pas d’alternatives énergétiques propres bon marché et fiables, comme les communautés éloignées de l’Alaska.

« Actuellement, la seule technologie qui fonctionne là-bas sont les générateurs diesel et ils doivent voler dans le carburant diesel à ces endroits. C’est à quel point ils sont éloignés. Si nous pouvons remplacer ces générateurs diesel par un micro-réacteur comme celui-ci, cela peut certainement être considérablement plus économique que ce qu’ils paient actuellement aujourd’hui », a déclaré Arafat à CNBC.

De plus, comme les microréacteurs seront situés à proximité de l’endroit où l’énergie sera utilisée, le coût de transmission sera pratiquement nul, a déclaré Arafat.

Les microréacteurs nécessitent également moins de personnel et moins de travaux de maintenance que les réacteurs traditionnels, en partie parce que leur combustible ne doit être remplacé que cinq à dix ans, contre moins de deux ans pour un réacteur à eau légère, explique Arafat.

Ensuite, il y a la pièce de sécurité. Le microréacteur est conçu de manière à ce que bon nombre de ses systèmes fonctionnent de manière passive.

« Donc, tout, de la génération de chaleur, du transport de chaleur, de l’évacuation de la chaleur au rejet de chaleur, toutes ces boucles de refroidissement sont effectuées passivement sans aucun système d’ingénierie », a déclaré Arafat à CNBC.

De plus, le côté du réacteur est en carbure de bore, qui est le même matériau utilisé dans les véhicules blindés.

« Donc, s’il y a des conditions météorologiques d’origine humaine ou extrêmes qui peuvent se produire, il y aura peu ou pas d’effet sur le fonctionnement réel ou la sécurité de ces systèmes », a déclaré Arafat.

Le prototype du réacteur Marvel au Idaho National Lab.

Photo publiée avec l’aimable autorisation de Magdalena Petrova, CNBC

Une pièce essentielle d’un puzzle plus vaste, mais pas de panacée

Alors que Steve Nesbit, président du groupe commercial de l’industrie, American Nuclear Society, soutient l’idée des réacteurs micronucléaires et du projet MARVEL en particulier, il prévient qu’ils ne seront pas une panacée pour la décarbonisation.

C’est en grande partie parce qu’un réacteur conventionnel à eau légère génère des centaines de mégawatts d’énergie et qu’un microréacteur génère entre un et cinq mégawatts d’énergie, selon Arafat.

« Je pense qu’ils ont un avenir, mais il y a des limites à la capacité de répondre à nos besoins en énergie propre avec eux », a déclaré Nesbit à CNBC. « Les microréacteurs sont parfaitement adaptés aux situations éloignées avec des micro-réseaux, mais pas tant qu’un moyen de production d’électricité propre à l’échelle du gigawatt pour le réseau conventionnel. »

Le même point de vue est partagé par l’expert en innovation nucléaire et professeur Alex Gilbert.

« Ce sont des ressources énergétiques distribuées, destinées à desservir les clients hors réseau, les petites villes et les opérations industrielles », a déclaré Gilbert à CNBC. « L’Alaska est susceptible d’être un premier marché initial, ainsi que d’autres parties de l’Arctique comme le Canada, la Russie et la Scandinavie. Ils peuvent jouer un rôle clé dans les micro-réseaux, en complément du solaire distribué et des batteries. »

Mais bon nombre des problèmes clés auxquels sont confrontés le développement des microréacteurs sont les mêmes que ceux auxquels est confronté le développement du nucléaire à grande échelle aux États-Unis : « Nous avons une chaîne d’approvisionnement atrophiée, les coûts seront élevés et imprévisibles au démarrage, et le système de réglementation est mal adapté. aptes à les gérer », a déclaré Gilbert.

Cela dit, résoudre ces problèmes pour le déploiement de microréacteurs peut aider à ouvrir la voie à ces mêmes problèmes « pour le déploiement à grande échelle de réacteurs avancés plus grands », a déclaré Gilbert.

Arafat sait que le projet MARVEL a un objectif plus vaste : faire travailler les muscles de l’innovation nucléaire aux États-Unis pour la première fois depuis des décennies. « Ainsi, l’art, la science et la technologie de passer par le développement de nouveaux réacteurs sont également en quelque sorte un nouveau domaine pour nous à bien des égards », a déclaré Arafat à CNBC.

— CNBC Madeleine Petrova contribué à ce rapport.