Le combustible nucléaire de type HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium) est un type de combustible nucléaire enrichi à une teneur en isotope d’uranium-235 plus élevée que le combustible faiblement enrichi en uranium (LEU) conventionnel utilisé dans les réacteurs à eau pressurisée (REP) et à eau bouillante (REB).
Historique du combustible HALEU
Le développement de la technologie HALEU a commencé aux États-Unis dans les années 2010, en réponse à la nécessité d’améliorer les performances des réacteurs nucléaires, notamment en termes de sûreté, de durabilité et d’efficacité énergétique. Les premiers prototypes de réacteurs utilisant ce combustible ont été conçus à la fin des années 2010 et au début des années 2020 (1).
Dans les années 2020, plusieurs pays ont commencé à poursuivre activement le développement cette technologie. Les États-Unis, le Canada, la Russie, la France, la Chine et d’autres pays ont entrepris des projets de recherche et développement pour améliorer les performances et l’économie de leurs réacteurs nucléaires à l’aide de ce combustible avancé (2).
Caractéristiques du HALEU
Le HALEU est caractérisé par une teneur en isotope d’uranium-235 comprise entre 5% et 20%, contre 3% à 5% pour le LEU conventionnel (3). Cette teneur plus élevée en isotope fissile confère plusieurs avantages au HALEU par rapport au LEU :
- Densité énergétique accrue : Le HALEU permet une densité énergétique plus élevée, ce qui signifie que les réacteurs peuvent produire plus d’énergie pour un même volume de combustible (4). Cela permet de réduire la taille des réacteurs, de prolonger la durée de vie du combustible et d’améliorer l’efficacité énergétique globale.
- Sûreté améliorée : La technologie HALEU permet d’exploiter des réacteurs nucléaires avec des marges de sûreté plus importantes, grâce à une meilleure gestion de la chaleur et à une réactivité plus faible en cas de situations anormales (5). Cela réduit les risques d’accidents nucléaires et contribue à renforcer la confiance du public dans cette source d’énergie.
- Flexibilité opérationnelle : Les réacteurs HALEU peuvent être conçus pour fonctionner à des puissances plus élevées et être plus adaptatifs aux variations de la demande énergétique (6). Cette flexibilité opérationnelle facilite l’intégration des sources d’énergie renouvelable intermittente, telles que l’éolien et le solaire, dans le réseau électrique.
- Réduction des déchets nucléaires : Le HALEU peut permettre une réduction significative du volume de déchets nucléaires produits, grâce à une utilisation plus efficace de l’uranium et à une meilleure gestion du cycle du combustible (7). Cette diminution des déchets nucléaires facilite leur stockage et leur gestion à long terme.
Projets autour du High-Assay Low-Enriched Uranium
Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), plusieurs projets de réacteurs nucléaires utilisant la technologie HALEU sont en cours de développement dans le monde (8). Parmi les projets les plus avancés, on peut citer :
- Le réacteur à sels fondus (MSR) développé par Terrestrial Energy au Canada, qui devrait être opérationnel d’ici la fin des années 2020 (9).
- Le réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (NFR) de GE-Hitachi, PRISM, aux États-Unis, dont la construction est prévue pour débuter dans les années 2020 (10).
- Le projet de réacteur à haute température (HTR) d’EDF en France, qui vise une mise en service d’ici 2030 (11).
- La Chine développe également un réacteur à eau supercritique (SCWR) utilisant le combustible HALEU, avec une date de mise en service prévue pour les années 2030 (12).
Les investissements mondiaux dans la technologie HALEU sont en augmentation, témoignant de l’intérêt croissant pour cette technologie. Selon une étude de marché publiée en 2021, le marché mondial du HALEU devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 4,9% entre 2021 et 2026, pour atteindre une valeur de 4,6 milliards de dollars d’ici 2026 (13).
Conclusion
La technologie du combustible nucléaire de type HALEU offre plusieurs avantages par rapport au combustible LEU conventionnel, notamment en termes de densité énergétique, de sûreté, de flexibilité opérationnelle et de réduction des déchets nucléaires. Avec plusieurs projets de réacteurs nucléaires utilisant le HALEU en cours de développement et une croissance attendue du marché dans les années à venir, cette technologie semble prometteuse pour l’avenir de l’énergie nucléaire.
Les défis à relever pour le déploiement à grande échelle de la technologie HALEU incluent la mise en place d’une chaîne d’approvisionnement en combustible, la régulation et la certification des nouveaux réacteurs, ainsi que l’acceptation publique. Néanmoins, si ces défis sont relevés avec succès, le HALEU pourrait jouer un rôle clé dans la transition énergétique mondiale vers des sources d’énergie plus durables et moins émettrices de carbone.
Sources :
- (1) US Department of Energy, « Advanced Reactor Demonstration Program, » 2020.
- (2) World Nuclear Association, « Advanced Nuclear Power Reactors, » 2021.
- (3) US Nuclear Regulatory Commission, « High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU) Fuel, » 2021.
- (4) Oak Ridge National Laboratory, « High-Assay Low-
- Enriched Uranium (HALEU) Nuclear Fuels, » 2019.
- (5) IAEA, « Challenges and Opportunities for Advanced Nuclear Technologies, » 2018.
- (6) B. Forget et al., « Advanced reactors with high-assay low-enriched uranium fuels: A technical review, » Progress in Nuclear Energy, vol. 123, 2020.
- (7) World Nuclear Association, « Nuclear Fuel Cycle Overview, » 2021.
- (8) IAEA, « Advanced Reactors Information System (ARIS), » 2021.
- (9) Terrestrial Energy, « Integral Molten Salt Reactor (IMSR), » 2021.
- (10) GE-Hitachi, « PRISM: Powering the Future, » 2021.
- (11) EDF, « The High-Temperature Reactor (HTR) project, » 2021.
- (12) X. Cao et al., « Preliminary design of the 1000 MWth SCWR core with HALEU, » Annals of Nuclear Energy, vol. 152, 2021.
- (13) Mordor Intelligence, « High-Assay Low-Enriched Uranium Market – Growth, Trends, COVID-19 Impact, and Forecasts (2021 – 2026), » 2021.
- https://haleuenergyfuel.com/what-is-haleu/