Terrapower: réacteurs nucléaires à neutrons rapides à sels fondus

Terrapower est une entreprise américaine développant des réacteurs à neutrons rapides à sels fondus. Fondée en 2006 par Bill Gates, elle développe plusieurs technologies et conçoit un prototype de réacteur commercialisable pour 2028.

Technologies de réacteurs

Terrapower développe trois axes technologiques:

  • Des réacteurs à ondes progressives, focalisés sur l’efficience d’utilisation du combustible et de ses déchets et la possibilité de valoriser l’uranium 238.
  • Des réacteurs à sels fondus MCFR, d’un dimensionnement prévu de 1200MWe, en partenariat avec un énergéticien, Southern Company.
  • Des « réacteurs natrium », de plus petite taille (375MWe), en partenariat avec General Electric Hitachi Nuclear Energy

Globalement toutes ces technologies reposent sur l’utilisation de sels fondus et des systèmes de sécurité passifs, les rendant très sécures.

Réacteurs à ondes progressives

Le réacteur à ondes progressives (Traveling Wave Reactor, TWR) est un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium conçu pour pouvoir utiliser de l’uranium 238 comme combustible. Au centre du coeur se trouve de l’uranium enrichi, qui va initier la réaction. Autour, de l’uranium appauvri ou naturel va servir de combustible par surgénération. La réaction en chaine formera une sorte de vague concentrique, convertissant l’U238 en plutonium, d’où le non de « réacteur à ondes progressives ». Le réacteur sera capable de déplacer automatiquement les barres de combustible pour pérenniser la réaction.

Le réacteur serait aussi très sécure, reposant sur des systèmes passifs pour se refroidir, n’impliquant pas l’intervention d’opérateurs. De plus, le combustible usagé pourrait être entreposé à l’intérieur du coeur. Il peut fonctionner pendant très longtemps sans avoir besoin d’être réapprovisionné.

Réacteur à sels fondus MCFR

Terrapower étudie avec un énergéticien (Southern Company) la faisabilité d’un prototype de réacteur à neutrons rapides au chloride fondu (molten chloride fast reactor, MCFR).

Réacteurs rapide refroidi au sodium natrium

Terrapower développe avec General Electric Hitachi Nuclear Energy une technologie de réacteurs au natrium de 345MWe associé à un stockage au sels fondus pouvant stocker autour d’1GWh, permettant à l’installation de produire 500MWe pendant 5h30 si nécessaire. Elle fonctionne à pression ambiante et le réacteur opère à 350°C. Diverses logiques de refroidissement passif, utilisant la gravité et la convection naturelle, garantissent sa sécurité. Point noir, la technologie utilise un combustible très enrichi (5-20% d’uranium 235), « high-assay, low-enriched uranium », HALEU.

Le sodium a plusieurs intérêts: son point d’ébulition est extrêmement haut, ce qui permet au réacteur de fonctionner à pression normale; il transmet extrêmement bien la chaleur (3* mieux que l’acier inoxydable), ce qui permet d’avoir une installation dense ; il ne corroderait pas son environnement. Le réacteur utilise tout de même de l’eau, notamment pour refroidir la vapeur créée lors de la génération d’électricité (comme pour les centrales actuelles je suppose).

L’entreprise prévoit que le cout de production serait entre 2800 et 3000$/KW et un prix de l’électricité (LCOE) autour de 50-60$/MWh. Une centrale devrait coûter autour d’un milliard de dollars.

Financement et actualités

L’une des particularités de l’entreprise est l’implication de Bill Gates, comme fondateur, investisseur et comme président du conseil d’administration.

Arcelor Mittal, développant des procédés pour réduire l’empreinte carbone de la production d’acier, a investi 25 millions d’euros en novembre 2022 par l’intermédiaire de son fonds d’innovation XCarb.

Avancements de la technologie MCFR

En 2016, le DOE a accordé une subvention de 45 millions de dollars pour le développement du réacteur MCFR, incluant le développement d’une installation de test (« Integrated Effects Test ») permettant de mieux comprendre le fonctionnement, notamment des thermodynamiques des sels fondus.

En février 2022, Terrapower et Southern Company ont conclu un accord pour concevoir et opérer un prototype utilisant comme combustible du chlorure d’uranium incorporé dans les sels fondus. Il est prévu pour le début de la décennie 2030.

Avancements du « réacteur natrium » au sodium

C’est le réacteur natrium qui semble le principal focus de l’entreprise.

Un démonstrateur devrait être construit dans une ancienne centrale à charbon, à Kemmerer, au Wyoming (USA). Le permis de construction devrait être soumis à la NRC en 2023 et la license d’exploitation en 2026.

Outre Terrapower et GE Hitachi Nuclear Energy, le projet mobilise plusieurs laboratoires nationaux (Idaho, Argonne, Los Alamos, Oak Ridge, Pacifi Northwest) et université (Caroline du Nord, Oregon, Wisconsin) et d’autres entités (PacifiCorp, Energy Northwest, Duke Energy Carolinas, American Centrifuge Operating, Global Nuclear Fuels Americas et Orano Federal Services). L’installation devrait être finalisée en 2028, ce qui en ferait l’un des premier réacteurs avancés commercialisés.

Le projet est financé à 50% par le ministère de l’énergie américain (U.S. Department of Energy, DOE) jusqu’à 2 milliards de dollars. L’installation en fonctionnement nécessiterait entre 200 et 250 personnes.

Présentation du projet et de la technologie

FAQ

Que fait TerraPower ?

TerraPower développe des systèmes de production d’énergie nucléaire innovants, sécures et bas carbone.

Quel est le rôle de Bill Gates dans TerraPower ?

Bill Gates est le fondateur et président de TerraPower.

Est-ce que TerraPower est côtée en bourse ?

Non, TerraPower est encore une entreprise non-publique.

Est-ce que la technologie TerraPower utilisera de l’uranium ?

Oui. Sa première technologie, le réacteur à ondes progressives, devrait pouvoir fonctionner à l’uranium 238. La plus avancée, son réacteur natrium, fonctionnera, lui, avec un uranium très enrichi (5-20% d’U235), HALEU (« high-assay, low-enriched uranium »).

Combien de personnes emploie TerraPower ?

TerraPower a 184 employés (novembre 2022).