05.10.2021

Le SMR français NuwardTM sous les feux de la rampe

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Nucléaire durable,
SMR,
Economie
Cécile Crampon et Gaïc Le Gros - Sfen

Depuis quelques jours, le projet de SMR (petit réacteur modulaire) français nommé NuwardTM fait beaucoup parler de lui, suite à de possibles annonces d'Emmanuel Macron dans les semaines à venir. L'occasion pour la Sfen de rappeler que si les SMR sont un levier pour décarboner l'économie (par exemple pour remplacer les centrales à charbon, produire de l'électricité, de la chaleur, de l'hydrogène bas carbone, etc.), l'urgence est de décider le lancement de 6 EPR, capables de produire beaucoup d'électricité sur un petit nombre de sites, pour renouveler le parc nucléaire à la fin des années 2030. 

En attendant, penchons-nous sur les SMR et leurs caractéristiques. 

Le SMR est aujourd'hui un concept très intéressant sur papier : il faut concevoir un prototype pour construction avant 2030, pour produire à terme aussi de la chaleur et de l'hydrogène décarbonés.

Les SMR suscitent beaucoup d’engouement à travers le monde et actuellement ces derniers jours en France, car ils pourraient satisfaire, dans les années 2030, de multiples usages complémentaires à ceux de moyenne et de grande puissance. Ils permettront par exemple de répondre aux besoins d’alimentation en électricité, en chaleur en désalinisation etc., de zones isolées et de sites industriels énergivores ; ils offriront également une alternative accessible aux pays ayant des contraintes de réseaux ou d’investissement mais qui souhaiteraient néanmoins se doter de capacités nucléaires. Enfin, ils pourraient être utiles pour la production de masse d’hydrogène décarboné. Face à ces nouveaux besoins, l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) a répertorié plus de soixante-dix modèles de SMR et de réacteurs avancés en cours de développement, à partir de technologies plus ou moins matures.

Parmi tous ces projets, NUWARDTM est un produit de la famille des réacteurs de troisième génération à eau pressurisée (REP). Il s’appuie sur toute l’expérience de la filière française : « dans le design, la construction et l’exploitation des réacteurs à eau pressurisée portées par EDF et Framatome ; dans le développement et la maintenance des réacteurs compacts avec TechnicAtome et Naval Group ; et dans la recherche et la qualification de nouvelles technologies avec le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) », expliquait Renaud Crassous, directeur du projet SMR à EDF, à l'occasion de la publication de la RGN bimestrielle de janvier/février 2021.

Le marché d’opportunité visé est celui d’un secteur électrique mondial qui doit absolument accélérer la réduction de ses émissions d’ici à 2050, afin de respecter les engagements de l’accord de Paris. NUWARDTM doit permettre de remplacer les centrales à charbon ou au fioul les plus anciennes, qui seront amenées à fermer en grand nombre dans les prochaines décennies, et d’électrifier tous les pays en forte croissance sans générer plus d’émissions de gaz à effet de serre. Les prémices du projet remontent à 2012 avec le lancement d’une étude de faisabilité afin de préciser les principes de base de conception et les axes de développements nécessaires.

NUWARDTM, c’est quoi ?

NUWARDTM est sur le principe une centrale nucléaire de 340 MW dotée de deux réacteurs de 170 MW chacun, implantés dans un même îlot nucléaire. Le réacteur est un modèle compact et modulaire, de manière à déboucher sur une offre standardisable et compétitive. En termes de sûreté, il répond aux exigences dites post-Fukushima (GENIII+) : « Sa conception, explique Renaud Crassous, permet de respecter le standard post-Fukushima, qui exige un très haut niveau de résistance aux évènements extrêmes et au cumul d’évènements. Ainsi des systèmes passifs permettent d’évacuer la puissance résiduelle d’un réacteur à l’arrêt pendant plusieurs jours, sans avoir recours à aucun moyen externe de secours, en eau ou en électricité ». Le concept, très compact et intégré, sera d’une fabrication en usine facilitée et d’un assemblage sur site plus rapide : l’ensemble du circuit primaire se trouve en effet dans la cuve (d’une taille équivalente à celle de la cuve d’un réacteur de 900 MW). Une enceinte métallique contenant ce réacteur est elle-même immergée dans un bassin d’eau. Ce dernier pourrait alors servir de source d’eau froide ultime en situation accidentelle, permettant de maintenir le refroidissement du cœur et du combustible entreposé, même en l’absence d’alimentation électrique.

Les innovations du projet

Basé sur une technologie éprouvée et des innovations qui apportent des améliorations significatives au bénéfice de l’exploitant, NUWARDTM offre une grande compacité et une sûreté encore renforcée. La petite puissance permet la suppression de certains systèmes, la simplification du design et l’amélioration de sa constructibilité et de sa compétitivité.

↦ La chaudière intégrée permet la suppression des boucles primaires et l’élimination de l’accident hypothétique de type « grosse brèche », aussi appelé accident de perte de réfrigérant primaire (APRP). « Le piquage le
plus important sur la cuve est celui du RCV1, de l’ordre de 30 millimètres », précise Fabrice Tempier, directeur délégué de NUWARDTM. De plus, l’intégration des circuits de sauvegarde permet d’éviter, en situation acciden-
telle, la circulation en dehors de l’enceinte de confinement d’un fluide contaminé.
↦ Des générateurs de vapeur à plaques intégrés dans la cuve rendent le SMR plus compact.
↦ Le mécanisme de commande de grappes sera immergé dans la cuve (et donc dans l’enceinte de confinement) afin de prévenir le risque d’accident d’éjection de grappes. En effet en cas de rupture du mécanisme de
grappes, l’éjection de la grappe résulte de la différence de pression qui existe entre le circuit primaire et l’enceinte de confinement.
↦ La puissance résiduelle du réacteur à l’arrêt sera évacuée par des systèmes de refroidissement passifs.
↦ Le coeur sera en eau claire, il n’y aura pas de bore soluble en fonctionnement normal, ce qui va permettre de diminuer les rejets d’effl uents et d’éliminer un certain nombre d’accidents de dilution.
↦L’enceinte métallique compacte et immergée économise la construction d’une enceinte en béton précontraint de grande dimension et permet de limiter les rejets en cas d’acciddent grave.
↦Le bâtiment de l’îlot nucléaire pourrait être semi-enterré afi n de faciliter la protection de la centrale contre les agressions externes.

Les avancées du projet

Le projet est aujourd’hui en cours d’Avant-projet sommaire (APS), ou de conceptual design, jusqu’en 2022. C’est une phase dédiée aux choix des grandes options de conception, à du prédimensionnement et à la réduction
des risques technologiques et industriels relatifs aux options choisies. Par exemple, comme dans les autres projets de réacteurs innovants dans le monde, des maquettes à échelle réduite puis à taille réelle de certains équipements peuvent être fabriquées et testées pour confirmer les procédés de fabrication, les performances, les plages de fonctionnement. Des essais sont ainsi lancés pour les générateurs à plaques qui seront inclus dans la cuve, ou pour les moteurs immergés des futurs mécanismes de commande de grappes immergés.
Pour l’aspect modulaire, le développement de NUWARD™ s’appuie notamment sur les méthodes et compétences de Naval Group. En effet l’industrie navale en particulier – mais aussi ferroviaire et aéronautique – est une source d’inspiration sur les questions de modularité. « Les principes de modularité sont à maintenir jusqu’au bout dans le développement, pour garantir la compétitivité », relève Renaud Crassous. Ces derniers peuvent être résumés en trois familles. Il y a les composants dits nucléaires standards comme la cuve du réacteur et son enceinte qui seront transportés par des convois exceptionnels et assemblés sur le site. La deuxième famille est celle des modules à l’intérieur de l’enceinte de confinement, répartis autour de la cuve. Ces modules seront fabriqués, assemblés et testés en usine afin d’être montés ensuite lors de la phase de construction. Enfin, la troisième famille regroupe les modules hors enceinte qui pourront aussi être testés en usine et feront l’objet d’un transport standard.

De la certification à l’export

La crédibilité d’une nouvelle offre nucléaire dépend de ses avancées dans le processus de certification auprès de l’autorité de sûreté nucléaire du pays qui le développe, voire de plusieurs pour des ambitions sur le marché international, telles que les autorités américaine (NRC) et canadienne (CCSN) par exemple. « En France, le rôle de l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) est d’assurer la surveillance et l’autorisation des installations nucléaires du territoire. Il ne s’agit pas de certifier un design pour un produit à l’export qui serait développé par la filière française. En revanche, poursuit Renaud Crassous, elle peut jouer un rôle indirect dans les échanges avec les autres autorités de sûreté, surtout quand les standards adaptés aux SMR sont encore en cours d’élaboration ». C’est pourquoi la perspective de construction d’un démonstrateur en France et/ou à l’étranger permettra, en plus de confirmer la constructibilité et les performances du produit, d’engager les discussions avec les autorités de contrôle et d’asseoir la technologie. La fin de la phase de conceptual design est prévue pour 2022 et doit se terminer avec le dépôt d’un dossier d’options de sûreté auprès de l’ASN. Suivront ensuite les phases de basic design et detailed design, pour permettre un premier béton du démonstrateur à l’horizon 2030. « Comme il s’agit d’un produit qui doit être exportable sans modifications importantes, il sera nécessaire qu’il soit examiné puis autorisé par plusieurs autorités de sûreté en parallèle, explique Renaud Crassous. Cela permet aussi de contribuer à la standardisation au niveau mondial des standards de sûreté vis-à-vis des SMR, un objectif partagé par toutes les entreprises du domaine ».

Enfin, la question d’une alliance à l’international se pose pour le projet français. C’est dans ce cadre qu’EDF, le CEA et l’américain Westinghouse ont signé un accord de coopération en septembre 2019. Les discussions se poursuivent pour préciser les modalités du partenariat.