SMR - Comment fonctionnent les petits réacteurs nucléaires ?

Les récentes annonces d’Emmanuel Macron à propos des petits réacteurs modulaires (PRM), en anglais SMR (Small Modular Reactors) ont permis de remettre en lumière cette technologie. Ces petits réacteurs modulaires permettent de fournir une énergie d'origine nucléaire, avec une puissance bien plus modeste comparée aux centrales nucléaires actuelles (de 50 à 500 MW au lieu des 900 MW habituels).

Cette technologie n’est pas nouvelle à l’étranger puisque la Chine et les USA développent ce type de projets et un SMR est d'ores et déjà en exploitation en Russie. Le Président français a annoncé vouloir « rattraper le retard » accumulé d’ici 2030. Le projet France 2030 lui consacrera 1 milliard d’euros de son budget dans le cadre de la transition énergétique.

Qu'est-ce qu'un SMR (Small Modular Reactor) ?

Un réacteur de dernière génération : facile à fabriquer, assembler et exploiter

Les petits réacteurs modulaires offrent de meilleures solutions en termes de maintenance et d’exploitation de par leurs petites tailles. Un site industriel important peut devenir difficile à gérer par sa taille ; en revanche, la sûreté nucléaire peut être assurée sans difficulté sur une petite centrale.

On peut citer comme projet en cours, le Nuward lancé en 2019 et développé par EDF, TechnicAtome, Naval Group et le CEA.

La capacité de telles installations varie entre 150 et 170 MW pour les réacteurs développés dans le projet Nuward, soit l'équivalent d'une centrale à charbon.

La cheminée varie d’une hauteur de 25 à 30 mètres de haut pour 4 mètres de diamètre. Il s’agit d’installations plus modestes et modulables. Le résultat est que ces centrales produisent de l’énergie en quantité moindre et pour des besoins principalement locaux.

Source : larepublique energynews sfen

Les réacteurs du futur dans le nucléaire français ?

Ces réacteurs sont annoncés comme faisant partie du plan de relance France 2030 et seront présents dans le parc des réacteurs du futur du nucléaire français. C’est ce qu'affirmaient les pouvoirs publics actuels et le cadre réglementaire en 2022.

Il faut admettre que ces modèles apportent innovation et pragmatisme face aux habituelles critiques sur le nucléaire. Ces réacteurs modulaires de plus petites tailles peuvent s’agréger pour permettre une plus grande capacité de production d’énergie.

Cette flexibilité de fonctionnement, opérée par une technologie de pointe, permet d’améliorer la maintenance mais aussi de réduire les coûts du réseau et, in fine, de réduire les factures des entreprises et particuliers. La gestion des déchets est également facilitée car la durée de vie de l’installation est égale à celle de la turbine, il n'y a pas de manipulation ni de rechargement de combustible. Le cycle de vie est ainsi amélioré.

Par ailleurs, il existe une véritable relation de complémentarité avec le développement des énergies renouvelables et des énergies vertes dans le mix énergétique français.

Quelles différences entre EPR et SMR ?

Le réacteur EPR (European Pressurised Reactor) est un réacteur à eau sous pression (REP) de la classe des 1 600 MWe. Ressemblant fortement aux réacteurs actuels en France, les SMR sont cependant, comme leur nom l'indique, bien plus petits.

« Pour donner une idée, un EPR produit entre 4 500 et 5 000 mégawatts thermiques, alors qu'un SMR est plutôt autour de 500 mégawatts thermiques », explique J.-M. Ruggieri de l’AIEA (Agence internationale pour l’énergie atomique).

Vous souhaitez aller plus loin ? Consultez notre article dédié : Quelles sont les différences entre un EPR et un SMR ?

Comment fonctionnent les SMR ?

Un fluide caloporteur ou caloriporteur pour transporter de la chaleur d'un point à un autre

Comme tout dispositif nucléaire, la centrale utilise un fluide caloporteur pour transformer et transporter la chaleur dégagée par l’énergie de la réaction à la turbine électrique. Dans la grande majorité des cas, il s'agit d’eau récupérée depuis un point d’eau local (fleuve, eau de mer…). Certaines centrales utilisent un autre fluide caloporteur tel que le métal, les sels fondus ou encore le gaz.

Source : WikiWand

Production thermique et électrique

La production thermique est classique dans le cas des SMR. Il s’agit de deux circuits d’eau fermés et indépendants. La réaction nucléaire de fission en chaîne du combustible libère de l’énergie qui porte l’eau contenue dans le circuit primaire à haute température.

Cette eau chauffe indirectement l’eau contenue dans le circuit secondaire ; cette eau transformée en vapeur alimente une turbine qui, elle-même, va alimenter un générateur d'électricité. L'énergie thermique produite par les centrales peut aussi être utilisée directement pour la production d’hydrogène ou le dessalement de l’eau de mer.

Suivi de charge

De manière générale, une centrale nucléaire est construite afin de répondre à un besoin en base d'électricité. Elle est censée fonctionner un nombre d’heures important dans l’année. Si la demande n’est pas suffisante, il est possible de garder le même niveau de charge et de récupérer cette énergie sous une autre forme, principalement sous forme de chaleur.

Comme évoqué précédemment, le dessalement de l’eau de mer ou la production d’hydrogène restent également des solutions viables pour l’alimentation d’un circuit auxiliaire, essentiel au bon fonctionnement de la centrale.

Les petits réacteurs modulaires (SMR) sont-ils plus sûrs ?

La taille de ce type d'installations renforce l’efficacité des contrôles de sécurité de l’ASN (Autorité de sûreté nucléaire). Des réacteurs plus petits, plus faciles à moderniser et qui requièrent moins de main-d’œuvre permanente, permettent des contrôles de qualité facilités et simplifiés. L’ensemble des processus de sécurité est ainsi renforcé.

Source : Franceinfo

Les SMR sont-ils capables de répondre aux enjeux énergétiques actuels ?

Réduction des déchets

L’ensemble de la fabrication d’un cœur de centrale nucléaire SMR est réalisée dans une seule et même usine de fabrication globale et un nombre restreint de personnes ont accès au combustible avant et après irradiation. Contrairement au modèle de type EPR, les déchets présentent un risque de non-prolifération réduit.

Dispositifs de sécurité

Les systèmes de refroidissement de la centrale peuvent utiliser l’effet de convection, ce qui permet de se passer de pompes en cas de problème urgent. En cas de surchauffe, le cœur peut être rapidement refroidi et ainsi écarter tout risque de surchauffe voire de fondre.

Un autre dispositif qui rappelle les consignes de gestion des déchets est qu’il existe des piscines souterraines de stockage des combustibles usés.

Les SMR pour une production d'électricité adaptable et abordable

Le concept de SMR est orienté pour une énergie et des besoins locaux, tout en pouvant également répondre à des demandes de flexibilité à la demande du réseau et RTE.

La production nucléaire est en partie maîtrisée en France, les coûts associés sont connus et permettent de dégager une marge suffisante tout en offrant une électricité à coût raisonnable, encore plus dans une période de hausse durable des prix de l'électricité.

Quels projets SMR pour la France ?

En France, il n’existe pas encore de projets à l'échelle industrielle. Il est prévu, dans le projet France 2030, un premier prototype en état de fonctionnement mis au point par EDF et le CEA d’ici 2030.

Dans le monde, une cinquantaine de projets sont en cours de développement et d'expérimentation.

Quel est l'avenir du nucléaire en France ?

La transition énergétique est un défi urgent qu’il convient de traiter rapidement. Le nucléaire est le choix le plus pragmatique pour garantir une réduction des gaz à effet de serre ainsi qu’une sécurité d’approvisionnement.

Les technologies nucléaires présentent deux atouts majeurs, à savoir : son caractère « propre » (d’un point de vue du CO2) et la gestion des déchets. Une véritable réponse aux critiques historiques sur le sujet.

Il est fort probable de voir se développer ce secteur dans la décennie à venir. La France a pour ambition de retrouver sa place sur un plan international. La raison pour laquelle les recherches sur le sujet étaient initialement orientées vers l’exportation.

La France compte entre 5 et 10 ans de retard sur les pays les plus avancés dans le monde. La politique énergétique du gouvernement français est favorable au maintien et au développement de la filière nucléaire.

Pour aller plus loin, n'hésitez pas à consulter notre article : La fusion nucléaire, est-elle l'énergie du futur ?