Les États-Unis reviennent sur le marché du combustible nucléaire

 (spectrum.ieee.org)
1 points par GN⁺ 2023-11-16 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • Les 93 réacteurs nucléaires actuellement en service aux États-Unis consomment chaque année environ 2 000 tonnes de combustible à l’uranium, mais la commercialisation des réacteurs de nouvelle génération nécessite un approvisionnement en HALEU, dont la production à échelle industrielle est concentrée en Russie
  • Centrus Energy a livré au département américain de l’Énergie le premier lot de HALEU produit dans son usine de Piketon, dans l’Ohio, marquant la reprise de la production commerciale de combustible nucléaire aux États-Unis après 70 ans
  • Le HALEU présente une concentration en U-235 proche de 20 %, supérieure aux quelque 5 % de l’uranium faiblement enrichi classique, mais inférieure aux plus de 90 % de l’uranium de qualité militaire, ce qui le classe toujours comme faiblement enrichi
  • Parmi les 10 réacteurs de nouvelle génération retenus dans le cadre de l’Advanced Reactor Demonstration Program du département américain de l’Énergie, 9 utilisent du HALEU, avec un investissement public estimé à environ 600 millions de dollars
  • Les États-Unis estiment avoir besoin de plus de 40 tonnes de HALEU d’ici 2030, et le projet d’acheter environ 25 tonnes par an pour créer une demande industrielle initiale devient un élément clé de la construction de la chaîne d’approvisionnement

Première livraison de HALEU par Centrus

  • Centrus Energy, basée à Bethesda dans le Maryland, a livré au département américain de l’Énergie le premier lot de HALEU produit dans son usine de Piketon, dans l’Ohio
  • Ce lot est considéré comme le point de départ de la reprise de la production commerciale nationale de combustible nucléaire aux États-Unis après 70 ans
  • Le volume initial de production reste encore faible et doit augmenter progressivement
    • 20 kg prévus d’ici la fin 2023
    • 900 kg attendus en 2024
  • Centrus exploite actuellement une cascade composée de 16 centrifugeuses
  • Une production à échelle commerciale nécessitera la mise en place de plusieurs cascades dotées chacune de 120 centrifugeuses

Pourquoi les réacteurs de nouvelle génération ont besoin de HALEU

  • Les 93 réacteurs nucléaires actuellement en service aux États-Unis utilisent environ 2 000 tonnes de combustible à l’uranium par an
  • L’uranium faiblement enrichi destiné aux réacteurs existants répond difficilement aux exigences de certains réacteurs de nouvelle génération à venir
  • Le HALEU permet une densité de puissance plus élevée pour les réacteurs de nouvelle génération
    • un cœur plus petit
    • une durée de vie du cœur plus longue
    • moins de déchets de combustible
  • Selon Centrus, l’énergie contenue dans 3 cuillères à soupe de HALEU suffirait à couvrir la consommation électrique sur toute une vie d’un consommateur américain moyen

Enrichissement de l’uranium et choix technologiques

  • Dans l’uranium naturel, la proportion de U-235 capable d’entretenir une réaction nucléaire en chaîne est inférieure à 1 %
  • Les réacteurs actuels utilisent aujourd’hui du LEU contenant près de 5 % de U-235
  • Le HALEU est un combustible dont la concentration en U-235 est portée à 19,75 %
  • L’ancienne méthode de diffusion gazeuse a été utilisée dans le Manhattan Project et dans le secteur des centrales nucléaires commerciales, mais elle est devenue moins attractive en raison de sa très forte consommation d’énergie
  • Centrus et la société publique russe Tenex produisent du HALEU par centrifugation gazeuse
    • à partir d’uranium enrichi à environ 5 % sous forme gazeuse
    • mis en rotation à grande vitesse dans des centrifugeuses tubulaires hautes de quatre étages
    • l’U-238, plus lourd, est poussé vers les parois tandis que l’U-235 reste davantage au centre
    • le gaz passe ensuite à travers une cascade de centrifugeuses, où il est progressivement enrichi jusqu’à la concentration visée
  • L’enrichissement par laser est présenté comme une technologie prometteuse, mais il en est encore à un stade précoce de développement
    • le département américain de l’Énergie suit de près Global Laser Enrichment, à Wilmington en Caroline du Nord

Réacteurs qui utilisent du HALEU et ceux qui n’en utilisent pas

  • Tous les réacteurs de nouvelle génération n’ont pas besoin de HALEU
  • Certains petits réacteurs modulaires en développement chez GE et Westinghouse utilisent l’eau comme fluide caloporteur et l’oxyde d’uranium comme combustible, et visent à utiliser du combustible LEU standard
  • Le HALEU devient nécessaire pour les réacteurs de nouvelle génération qui emploient des fluides caloporteurs et des combustibles plus originaux, avec des cœurs très compacts
    • le réacteur rapide refroidi au sodium de TerraPower
    • le réacteur à gaz haute température de X-energy
    • le réacteur haute température refroidi au sel fondu fluoré de Kairos Power

Perspectives de demande et goulets d’étranglement de l’offre

  • Le département américain de l’Énergie estime que les États-Unis auront besoin de plus de 40 tonnes de HALEU d’ici 2030
  • Il reste encore plusieurs années avant que les fabricants de réacteurs de nouvelle génération ne fassent réellement fonctionner leurs cœurs
  • TerraPower, soutenue par Bill Gates, a annoncé reporter de 2 ans la démonstration de son réacteur Natrium en raison du manque de HALEU
  • Centrus a signé un protocole d’accord avec TerraPower, mais aucun contrat d’achat formel n’a encore été conclu

Autres fournisseurs potentiels et plan d’achats publics

  • Urenco étudie une production de HALEU dans son site d’enrichissement du Nouveau-Mexique
    • l’entreprise est détenue conjointement par le gouvernement britannique, le gouvernement néerlandais et des utilities allemandes
    • elle produit actuellement du LEU
  • BWXT a annoncé en août 2023 qu’elle produirait 2 tonnes de HALEU sur les 5 prochaines années pour la National Nuclear Security Administration
  • Le département américain de l’Énergie prévoit d’acheter environ 25 tonnes de HALEU par an afin de lancer l’industrie et de fournir des contrats stables aux producteurs
  • Compte tenu du nombre de réacteurs de nouvelle génération visant une future commercialisation, la sécurisation de l’approvisionnement en HALEU reste au cœur de la stratégie nucléaire américaine pour éviter une dépendance accrue au combustible nucléaire russe

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1 commentaires

 
GN⁺ 2023-11-16
Commentaires sur Hacker News

  • Dire que les États-Unis dépendent de la Russie pour l’essentiel de leur combustible nucléaire demande un contexte important : le programme Megatons to Megawatts a perturbé le marché du combustible nucléaire pendant 10 ans
    Centrus, mentionnée dans l’article de l’IEEE, s’appelait alors US Enrichment Corporation et représentait la partie américaine de cet échange
    Ce programme a bien réussi à démanteler l’équivalent de 20 008 ogives nucléaires, mais il a aussi, de fait, « bradé » le combustible et évincé du marché les opérateurs de centrifugeuses
    https://en.wikipedia.org/wiki/Megatons_to_Megawatts_Program
    https://www.centrusenergy.com/who-we-are/history/megatons-to...

    • En remontant encore plus loin, il y a eu Tchernobyl et Three Mile Island. L’idée que le nucléaire, quand ça tourne mal, peut vraiment très mal tourner, s’est profondément ancrée dans la psychologie collective
      Cela a façonné l’ambiance quant à jusqu’où les États-Unis étaient prêts à pousser le nucléaire, et tant qu’il restait politiquement trop facile à tuer, même s’il pouvait être une meilleure solution dans l’ensemble, les gens hésitaient à le soutenir. Dans le livre de Jack Welch, "Straight from the Gut", il est aussi dit que GE, voyant le changement de tendance, a réorienté son activité du développement vers les services pour centrales nucléaires, et que ce choix s’est avéré juste
      Je trouve vraiment encourageant ce mouvement actuel qui semble accepter qu’il faut apprendre à dompter la bête qu’est la fission nucléaire. Les avantages l’emportent sur les inconvénients
      https://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident
    • Si les États-Unis dépendent de la Russie pour le combustible nucléaire, c’est aussi parce que le gouvernement américain a approuvé la vente d’une part importante de ses mines d’uranium à une organisation soutenue par l’État russe via des sociétés écrans
      https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_One

  • Ce n’est pas comme si les États-Unis avaient été absents du « jeu du combustible nucléaire ». Il existe des installations commerciales de séparation, dont URENCO dans le Nevada, qui fournissent du combustible aux centrales existantes ainsi qu’aux nouveaux modèles conventionnels comme l’AP-1000
    Ce communiqué concerne le uranium faiblement enrichi à haute teneur (HALEU), que beaucoup de réacteurs n’utilisent pas encore
    NuScale comptait utiliser ce combustible, mais le projet a été annulé il y a quelques semaines pour des raisons de coûts. On parle de plusieurs réacteurs avancés, mais je ne sais pas s’il existe aujourd’hui un réacteur réellement en service qui ait besoin de ce combustible. Peut-être hors des États-Unis
    Selon les critères de la NRC, l’uranium naturel contient environ 0,7 % de U-235, le combustible des réacteurs traditionnels est enrichi à 3-5 %, le HALEU contient 5-20 % de U-235, et la qualité militaire est à environ 90 %

    • Le réacteur de NuScale doit utiliser de l’uranium enrichi à 4,95 %, pas du HALEU
      https://www.nuscalepower.com/-/media/nuscale/pdf/fact-sheets...
    • Même les réacteurs à eau légère classiques peuvent utiliser du HALEU, ce qui peut améliorer leur rentabilité en réduisant les arrêts pour rechargement du combustible
      TerraPower, dont Bill Gates est l’un des cofondateurs, prévoit aussi d’utiliser du HALEU comme combustible de son réacteur Natrium au cours de cette décennie
    • Il est étrange qu’on dépense des milliers de milliards en budget militaire, tout en refusant de mettre même 100 milliards de dollars dans un projet de type Manhattan pour trouver de meilleures architectures de fission capables de résoudre tous les problèmes énergétiques et le réchauffement climatique
      Tant que la densité énergétique des batteries ne sera pas 10 à 20 fois supérieure à celle d’aujourd’hui, le solaire et l’éolien resteront forcément des sources de second plan par rapport à la production conventionnelle et au nucléaire

  • Si l’on suit les chiffres de l’article, le département de l’Énergie achèterait 0,9 tonne au seul producteur américain en 2024, et les 24,1 tonnes restantes viendraient de Russie ?

    • L’article laisse-t-il entendre qu’on achète quoi que ce soit à la Russie ?
      Les réacteurs existants n’utilisent pas ce combustible. On augmente la production pour de nouveaux réacteurs qui ne sont pas encore construits
    • Faut-il comprendre que cela augmentera de nouveau en 2025 ?

  • Il y a vraiment 93 réacteurs aux États-Unis ? Je me range du côté de Greta. Vive le nucléaire

    • Oui. Ils produisent environ 20 % de l’électricité américaine et à peu près 50 % de son électricité bas carbone
      https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_St...
    • Moi, je suis du côté des centrales nucléaires de génération IV. Je pense que cette distinction est importante
      Exemple : https://www.energy.gov/ne/articles/3-advanced-reactor-system...
    • Greta n’est pas pro-nucléaire. La plupart des écologistes non plus
    • Le plus gros problème du nucléaire, c’est que sa construction prend beaucoup trop de temps. Les États-Unis sont quasiment à l’arrêt depuis plus de 30 ans, ils ont pris du retard, et il est difficile de mettre des centrales en service assez vite pour tenir les objectifs climatiques
      Il faut donc aussi d’autres moyens plus rapides, tout en construisant des centrales nucléaires pour soutenir la production de base
    • Et où va-t-on trouver le minerai d’uranium pour faire tourner ce projet ? Où se trouve le minerai d’uranium à haute teneur permettant de fabriquer de manière rentable les quelque 200 tonnes de barres de combustible dont une centrale de 1 GW a besoin chaque année ?
      Si le minerai contient 0,1 % d’uranium, il faut 1 000 tonnes de minerai pour obtenir 1 tonne d’uranium. Le coût énergétique pour obtenir cette tonne est élevé, et les déchets sont énormes. Comme un réacteur de 1 GW en demande 200 tonnes par an, cela représente 200 000 tonnes de minerai par an
      À titre de comparaison, une centrale au charbon de 1 GW doit brûler 3 à 4 millions de tonnes de charbon par an. La teneur énergétique du charbon varie légèrement selon la combustion à l’oxygène
      Et pour fournir de manière stable 1 GW, 24 heures sur 24, avec un système solaire/éolien/stockage, de combien de tonnes par an parle-t-on ? Il y a bien la question du remplacement des batteries, mais on peut faire le calcul soi-même

  • Une autre dépendance indésirable vis-à-vis de la Russie concerne le combustible fini pour les réacteurs de conception russe. Heureusement, plusieurs pays ont commencé à confier à Westinghouse la production d’un combustible alternatif, mais il me semble que cela ne concerne encore qu’un seul design, le VVER-440

  • En lisant la phrase « il n’y a pas assez de combustible à l’uranium conventionnel pour les réacteurs avancés qui entreront en service dans les prochaines années », on a pu se dire, comme moi, « ce n’est pas ça qui a été annulé la semaine dernière ? »
    https://news.ycombinator.com/item?id=38199061
    Mais ce qui a été annulé, c’était le réacteur de NuScale, et TerraPower semble toujours suivre son cours. Cela tient peut-être à la fortune exceptionnelle de son fondateur
    https://abcnews.go.com/Technology/bill-gates-future-nuclear-...
    Ils semblent aussi avoir trouvé le moyen d’attirer davantage de financements de milliardaires
    https://www.theguardian.com/us-news/2021/jun/03/bill-gates-w...
    On sent qu’il y a quelque part un mème du type « les héros que nous méritons » qui se cache là-dessous

  • Si on fait le calcul à partir des chiffres annoncés par l’entreprise — 20 kg de HALEU d’ici la fin de l’année et 900 kg produits en 2024 — ainsi que de l’affirmation selon laquelle 3 cuillères à soupe de HALEU peuvent alimenter en électricité toute la vie d’un consommateur américain moyen, alors 20 kg correspondent à un an d’électricité pour 1 867 consommateurs américains, et 900 kg à environ 84 000. Comme point de départ, ça semble correct
    https://www.wolframalpha.com/input?i=20+kg+%2F+%28%283+table...

    • Pour l’équivalent de toute la vie de 85 000 personnes, ce n’est pas mal. Ce calcul repose sur 79 ans
      Sur une base annuelle, cela représente 6,7 millions de personnes. Seuls 16 États ont une population supérieure
      Ça a l’air correct. Si on voulait une meilleure situation, il aurait fallu commencer il y a 50 ans, mais commencer maintenant reste une bonne chose

  • Dépendre d’un ennemi pour des armes, c’est aussi absurde que s’ils dépendaient d’un ennemi pour leur alimentation

    • Le fait d’être dépendant ou non ne se résume généralement pas à la seule décision finale
      Le coût et le délai préalable nécessaires à l’indépendance sont des éléments importants dans la réflexion stratégique

  • Article connexe : https://www.eurasiantimes.com/nuclear-champions-us-lags-behi...