En quelques années, les industries du gaz, du solaire et de l'éolien ont radicalement changé. Désormais, l'industrie nucléaire peut aussi se réinventer.
Le combustible à l'uranium utilisé pour la fission dans à peu près tous les réacteurs nucléaires a un besoin urgent d'être mis à jour. Un réacteur non maîtrisé aujourd'hui peut entraîner des incidents graves. Dans le pire des cas, des masses de matières radioactives se retrouvent à proximité de la centrale et dans l'air. Les experts et ingénieurs en énergie nucléaire recherchent donc des types améliorés de combustible nucléaire, un type de combustible pour la fission nucléaire. Avec cela, ils veulent rendre les centrales nucléaires non seulement plus sûres, mais aussi plus efficaces. Cela rend le nucléaire plus compétitif sur le marché de l'électricité.
Pour la première fois, les scientifiques ont le temps de réfléchir à la manière de limiter la formation d'hydrogène explosif
Les atomes d'uranium sont divisés dans un réacteur nucléaire. Cela crée des neutrons et de la chaleur. Le premier entretient la réaction nucléaire en chaîne, le second peut être capté et converti en courant électrique. Des systèmes de contrôle internes et externes empêchent le réacteur de devenir trop chaud. Parce que si trop de chaleur est générée, le combustible nucléaire peut se décomposer et même fondre. De plus, plus d'hydrogène est alors formé.
Presque toutes les centrales nucléaires du monde fonctionnent avec le même ingrédient :l'uranium, qui est compressé en pastilles de céramique de la taille d'une grosse gomme à crayon. Les pastilles sont empilées en longues tiges en alliage de zirconium. Lors de la fission nucléaire – lorsque les crayons sont immergés dans l'eau du réacteur – les neutrons produits traversent l'enveloppe métallique. Ils entretiennent la réaction en chaîne. C'est précisément parce que les neutrons la traversent si facilement que les ingénieurs utilisent du zirconium pour cette coquille depuis des décennies.
Dans les années 1950, l'énergie atomique en était à sa petite enfance. C'était une période où les scientifiques voulaient avant tout limiter au maximum les pertes de neutrons. Le chemin de la mine à l'uranium enrichi avec suffisamment de noyaux fissiles était alors encore très long, et surtout très coûteux. Ils ne se souciaient pas vraiment de savoir si le réacteur produirait l'énergie requise de manière optimale.
Mais vint ensuite la catastrophe nucléaire de Fukushima en 2011. À cette époque, les scientifiques du nucléaire virent qu'il y avait aussi des dangers associés au zirconium. Lorsqu'il est surchauffé, ce métal finit par réagir en masse avec l'eau et la vapeur pour former de l'hydrogène, une substance extrêmement explosive.
Les réacteurs nucléaires de nouvelle génération construits après le début du siècle sont plus sophistiqués que leurs prédécesseurs de la seconde moitié du XXe siècle. De plus, la production et le traitement de l'uranium sont actuellement si avancés que les exploitants de centrales électriques sont encore peu préoccupés par une pénurie de neutrons dans leurs réacteurs. Ainsi, les scientifiques ont désormais les mains libres pour réfléchir à la manière de limiter la formation d'hydrogène et d'augmenter la résistance à la chaleur. Ils veulent concevoir une conception de combustible nucléaire alternatif.
Depuis Fukushima, de nombreuses entreprises et organisations nucléaires ont travaillé sur le combustible nucléaire dit tolérant aux pannes. Actuellement, il existe quatre types différents dans le pipeline, chacun avec ses caractéristiques et son manuel d'utilisation. Le grand avantage de ces nouveaux types de combustibles avancés est qu'ils ne nécessitent pratiquement aucun ajustement dans les centrales électriques en service aujourd'hui. Ils pourraient déjà trouver leur place dans la chaîne nucléaire d'ici la prochaine décennie.
L'essentiel du combustible nucléaire dans le monde aujourd'hui est produit par trois entreprises, de trois pays :Framatome en France, Hitachi au Japon et Westinghouse aux États-Unis. Ces trois sociétés mènent actuellement des tests à petite échelle avec de nouveaux types de combustibles, y compris dans des réacteurs existants. Ils étudient comment ils peuvent limiter les réactions problématiques entre le zirconium et l'eau, et comment ils peuvent augmenter le transport de chaleur et donc l'efficacité énergétique. Pour ce faire, ils recouvrent le zirconium (type 1) ou le remplacent par un autre matériau (types 2 et 3).
Mais l'approche véritablement révolutionnaire est celle de la société américaine Lightbridge, nouvelle venue sur le marché du nucléaire. Dans le quatrième type de combustible nucléaire que l'entreprise a conçu, l'uranium et le zirconium sont traités ensemble dans un alliage beaucoup moins réactif. En termes d'apparence, elle ressemble un peu à des bâtons de réglisse.
Cette approche a déjà prouvé qu'elle conduit mieux la chaleur, de sorte que les dommages locaux sont moins susceptibles de se produire. Vous avez juste besoin d'un enrichissement plus élevé de l'uranium pour cela - plus que les 5% actuels. C'est une exigence contre laquelle la plupart des régulateurs nucléaires nationaux sont très réticents.
Au cours des dernières décennies, les exploitants de centrales nucléaires ont tenté à plusieurs reprises de faire approuver de nouveaux types de combustibles, le plus souvent en vain. Aujourd'hui, surtout aux États-Unis, ils espèrent plus de succès. Et ils peuvent l'utiliser, car la concurrence avec les sources d'énergie renouvelables telles que le vent et le soleil et avec les centrales électriques fossiles est féroce. Ces centrales électriques fonctionnent au gaz de schiste bon marché.
Ailleurs, nous voyons des développements similaires. L'année dernière, des scientifiques nucléaires américains et européens ont décidé d'unir leurs forces lors d'un congrès dans l'État américain de l'Idaho. Et en attendant, l'OCDE travaille sur un cadre réglementaire pour tester de nouveaux types de carburant. Si ces tests s'avèrent positifs pour le combustible nucléaire tolérant aux pannes, l'énergie nucléaire pourrait reprendre son souffle.
En premier lieu, les experts se tournent vers le Japon pour cela. Il y a actuellement beaucoup de débats là-bas sur le nombre de réacteurs nucléaires qui peuvent être redémarrés – huit ans après Fukushima.
Bien sûr, le nouveau combustible nucléaire n'est pas encore tout à fait prêt à être pleinement déployé. Pour ce faire, les quatre types doivent d'abord passer des tests supplémentaires. En outre, l'industrie nucléaire doit également être convaincue de l'utilité du nouveau combustible nucléaire. Car si la mise en place nécessite peu de modifications des installations techniques, elle demande quand même quelques travaux. Les entreprises devront adapter leurs procédures de travail et mettre à jour leurs protocoles de sécurité. Enfin, les régulateurs nationaux doivent encore approuver chaque étape de la chaîne renouvelée de l'uranium.
Pourtant, le secteur n'a pas le choix. Rester immobile, c'est reculer. Comme ses concurrents, l'industrie a maintenant l'opportunité de redevenir un fournisseur d'électricité compétitif dans quelques années seulement.
