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Perspectives MSR

Un renouveau d’intérêt : de nombreuses études

En France, le LPSC, un laboratoire du CNRS/IN2P3 à Grenoble, mène depuis près de 20 ans des études pionnières sur les RSF (Réacteurs à Sels Fondus). Ces études ont mené au concept de « MSFR de référence » (régénérateur en cycle Uranium-233 avec sels fluorures) étudié et optimisé depuis plus de 10 ans, au sein de divers projets européens.

Aujourd’hui, le LPSC travaille sur un concept MSR surgénérateur, aussi bien en cycle thorium qu’uranium. Le cycle U/Pu en RSF, est devenu son sujet de recherche principal. Les principales différences sont l’usage de sels chlorures et des volumes environ deux fois plus grands (à cause des chlorures qui sont moins denses). L’intérêt est qu’on dispose de grandes réserves d’uranium disponibles, 300 000 tonnes d’uranium en France et de 2 millions de tonnes dans le monde. Avec le cycle U/Pu on garde tous les avantages d’un combustible liquide, de plus on baisse un peu les températures (les chlorures ont un point de fusion plus bas) et les matériaux sont plus accessibles.

Caractéristiques techniques du MSFR de référence du CNRS/IN2P3
Selon ce concept dit de référence, le réacteur est compact. La géométrie est simple, le design intégré (échangeurs de chaleur dans la cuve). Le réacteur fonctionne avec un spectre neutronique rapide. Le refroidissement est assuré par le combustible en circulation. Le cœur (zone des fissions) ne contient que 9 m3 de sel. Il y a aussi 9 m3 dans les recirculations, soit 18 m3 au total.
© CNRS/IN2P3 ©

En 2020, on assiste à un renouveau d’intérêt marqué pour les MSR depuis 2 ou 3 ans. Sous l’impulsion du CEA on a évolué vers l’étude du cycle uranium en RSF (forcément en chlorures). Framatome est intéressé par des SMR (Small modular reactor) à sels fondus. Le concept étudié porte toujours le nom de MSFR, puisqu’il s’agit toujours de spectres rapides, mais sous plusieurs formes dépendant du but recherché (petits ou gros réacteurs, cycle thorium ou uranium ou encore incinération d’actinides). Selon l’usage envisagé il faut choisir le sel le plus adapté (fluorure ou chlorure ainsi que de possibles adjuvants), en conséquence les températures, matériaux et volumes de cœur diffèrent mais dans tous les cas la sûreté intrinsèque et la flexibilité subsistent.

Liste des projets de réacteurs à sels fondus ou au thorium à l’étude en 2019 :

En dehors de la France et parfois en association avec elle au niveau européen, le nombre d’études et de projets s’est accru depuis quelques années.

– Pays-Bas : l’Université de Delft participe au projet SAMOSAFER qui fédère les recherches en Europe.

– Allemagne : le centre de l’ITU étudie les combustibles au thorium.

– Russie : le projet Mosart au Kurchatov Institute. Annonce par Rosatom en décembre 2019 de la construction d’un réacteur expérimental à sels fondus près de Krasnoiarsk pour incinérer les actinides mineurs.

– États-Unis : le projet de réacteur modéré au graphite Liquid Fluorid Thorium Reactor (2 MWe) de Flibe Energy ; Transatomic Power Reactor (TAP), le réacteur du MIT, utilisant des modérateurs innovants ; le Mk1PB-FHR de l’Université de Berkeley et le Sm AHTR, un FHR d’Oak Ridge National Laboratory.

– États-Unis et Japon: Martingale InC-ThorCon, réacteur thermique modéré au graphite avec thorium de 250 MWe.

– Royaume-Uni : Moltex avec le SSR (Stable Salt Reactor) où le sel est utilisé comme caloporteur et le combustible est statique dans des assemblages. C’est aussi un réacteur sans graphite qui se présente comme réacteur rapide.

– Danemark : Seaborg Technologies et son projet 100 MWe modéré au graphite, utilisant des déchets nucléaires et du thorium.

– Canada : Terrestrial Energy avec son projet IMSR (Integral Molten Salt Reactor) de 400 MWth, modéré au graphite et utilisant du thorium ; Northern Nuclear développe un MDFR

– Chine : Le TMSR (Thorium Molten Salt Reactor) programmé au Shanghai Institute of Nuclear Applied Physics (SINAP) avec deux voies à l’étude, une avec le cœur fondu dans le sel et une avec le sel comme caloporteur. Des prototypes de 2 MWth sont annoncés. Un réacteur est en construction dans le désert de Gobi (2020)

Développement d’une filière de réacteurs à sels fondus dédiés au thorium
Depuis 2011, le Shanghai Institute of Nuclear Applied Physics (SINAP) développe des réacteurs à sels fondus adaptés pour combustibles au thorium. La NNSA (autorité de sûreté nucléaire chinoise) a confirmé le 30 novembre 2018 le site de Minqin (Gansu) pour le premier démonstrateur expérimental (TMSR LF1) de 12 Mwe.
© Christophe POINSSOT/CEA/Ambassade de France en Chine Service Nucléaire ©

Deux démonstrateurs sont en construction en Chine et en Russie. Aux USA “Terrapower” (Bill Gates) investit plus de 100 millions de dollars par an dans un concept de RSF rapide en chlorure (cycle U/Pu). Les échéances pourraient ne pas être si lointaines !