06.06.2018

Kairos Power vise « un réacteur capable de concurrencer le gaz américain »

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Par Julien Thevenin et Yann Morvan (SFEN Jeune Génération)

Depuis San Francisco, le Français Nicolas Zweibaum est responsable du programme expérimental chez Kairos Power. Il nous décrit le réacteur en cours de développement par cette société, passée en moins de deux ans de 3 à 50 salariés, et son approche de développement.

Quel type de réacteur développez-vous ?

Nicolas Zweibaum - Nous travaillons sur un réacteur à haute température refroidi par des sels fondus (Fluoride salt cooled High temperature Reactor - FHR) dont l’étude a débuté il y a quinze ans au sein de laboratoires nationaux et universités américaines. En 2016, Per Peterson, l’un des chercheurs à l’origine du projet à l’université de Berkeley en Californie, et deux de ses collaborateurs, Michael Laufer (CEO) et Edward Blandford (CTO), ont décidé de lancer une entreprise pour la commercialisation du FHR : Kairos Power était née. Cette technologie s’écarte un peu des principales orientations du Forum Génération IV [1] car il s’agit d’un réacteur hybride reprenant les atouts de trois concepts de réacteurs différents. Il combine :

  • le caloporteur des réacteurs à sels fondus, stable chimiquement et ne nécessitant pas de fonctionner à haute pression ;
  • le combustible des réacteurs refroidis au gaz, c’est-à-dire des boulets de combustible de quelques centimètres de diamètre qui peuvent être portés jusqu’à 1600°C sans dégradation ;
  • les concepts de sûreté passive des réacteurs au sodium.

Sa puissance sera de 100 à 400 MW thermiques suivant les optimisations en cours, ce qui le situe dans la gamme des Small Modular Reactors (SMRs).

Le Forum Génération IV affiche aujourd’hui cinq objectifs [2]. Comment vous positionnez-vous par rapport à cela ?

N.Z. : Du point de vue de la sûreté, les systèmes passifs permettent, en cas d’incident, une évacuation de la puissance résiduelle sans alimentation électrique. De même, la grande résistance thermique du combustible et la rétention des produits de fission dans le sel fondu permettent d’avoir une zone d’exclusion en cas d’accident se limitant au seul site du réacteur, sans impacter les habitations alentours.

Le risque de prolifération est quant à lui limité puisqu’il faudrait détourner un très grand nombre de boulets de combustible pour constituer une masse critique au sens de l’AIEA.

Vis-à-vis des déchets et de la préservation des ressources naturelles, le rendement attendu de notre réacteur, entre puissance thermique et électrique, est de plus de 40% [3]. Cela diminue mécaniquement la production de déchets par mégawatt électrique.

L’objectif sur lequel nous sommes le plus ambitieux concerne l’aspect économique. Nous visons un réacteur capable de concurrencer les centrales à gaz aux États-Unis, objectif fondamental pour réduire les émissions de CO2 du pays. Beaucoup de ces centrales arriveront en fin de vie vers 2030, période à laquelle nous prévoyons un premier couplage au réseau. Cet objectif nécessite de réduire de façon drastique le coût de notre réacteur par rapport aux projets concurrents. Le gain attendu repose notamment sur des économies d’échelle, en raison d’un volume des bâtiments moindre puisque l’on opère à bien plus faible pression que les réacteurs actuels, et donc d’une moindre quantité de matières premières nécessaires à la construction.

Y-a-t-il encore des verrous technologiques à lever ?

N.Z. : Nous espérons être en première ligne pour exploiter les sels fondus de manière commerciale dans un réacteur. Seul l’Oak Ridge National Laboratory en a fait fonctionner un dans les années 60 : le Molten Salt Reactor Experiment (MSRE). Il faut donc redévelopper la maîtrise technique de ces sels corrosifs.

Afin de dépasser le stade du “réacteur papier”, et atteindre une viabilité commerciale, nous développons des campagnes expérimentales à des échelles de plus en plus grandes. C’est justement le programme dont j’ai la charge : notre premier laboratoire ouvrira au mois d’août et servira à la fois à faire évoluer le design et à valider les modèles et codes de calculs via des maquettes non nucléaires à échelle réduite. Par la suite, nous travaillerons sur des composants et dans des environnements de plus en plus proches de l’échelle réelle pour démontrer la cohérence de notre design, avant la construction du premier réacteur commercial. Ce programme expérimental par étapes nous permet de franchir les marches qui séparent le réacteur théorique actuel de notre future tête de série.

Quels sont vos partenaires pour ces études et pour les autres aspects du projet, tel que le génie civil ?

N.Z. : Nous travaillons avec des partenaires industriels, des universités et des laboratoires nationaux aux États-Unis, sur des sujets variés tels que le développement de codes de calculs de sûreté, la qualification du combustible et des matériaux, et pour leurs connaissances historiques sur les réacteurs à sels fondus. Par la suite, il est probable que nous développions des partenariats industriels dans des domaines tels que les turbines ou la construction, qui nécessitent une expertise et une main d’œuvre complémentaires à nos propres compétences.

Comment l’innovation dans le nucléaire est-elle soutenue aux Etats-Unis ? Avez-vous un appui des pouvoir publics ?

N.Z. : Il y a un soutien assez fort du Department of Energy (DOE), notre ministère de tutelle. Le mécanisme de soutien le plus classique est le Funding Opportunity. Régulièrement, le gouvernement lance un appel à candidatures et les lauréats reçoivent une aide financière pour leur projet.

Pour la construction elle-même, le gouvernement peut proposer des prêts à taux garantis (Loan Guarantees) dont l’enjeu est capital, en plus d’investissements privés, pour mener certains projets à bien [4].

Si toutes les start-up du nucléaire n’ont pas le même degré de maturité, la motivation et l’esprit d’innovation priment.

Il existe enfin d’autres mécanismes indirects, non financiers. Une branche de la Nuclear Regulatory Commission (NRC, l’autorité de sûreté nucléaire américaine) essaie ainsi de s'acclimater très rapidement au changement du paysage industriel nucléaire. C’est un travail dans les deux sens : d’un côté, l’autorité met des ressources à disposition pour monter en compétence sur les nouveaux projets. De l’autre, les industriels accompagnent la NRC pour l’aider à se familiariser le plus rapidement possible avec les nouveaux concepts de réacteurs.

En France, l’innovation est principalement portée par les grandes entités telles que le CEA ou EDF. Est-ce différent aux Etats-Unis ?

N.Z. : Oui, au regard des technologies de réacteurs avancés. Les géants qui constituaient l’essentiel du paysage, tels Westinghouse ou General Electric, évoluent désormais en parallèle avec des dizaines de nouvelles startups qui portent l’étiquette “Advanced Nuclear”, telles que Kairos Power. Si toutes n’ont pas le même degré de maturité, la motivation et l’esprit d’innovation priment. Nous espérons être parmi les quelques-unes capables d’aboutir, grâce entre autres à notre technologie, aux ressources importantes investies dans la qualité de notre équipe, et à notre programme expérimental en particulier.