L’année dernière, une collaboration entre le secteur privé et le secteur public a lancé des essais sur un nouveau combustible nucléaire prometteur : réduction des déchets nucléaires et amélioration des performances des réacteurs à eau lourde sous pression. Les résultats sont désormais connus et, de manière impressionnante, ils suggèrent que cette nouvelle formulation pourrait tenir ses promesses.
Dans un communiqué publié plus tôt cette semaine, la société d’énergie Clean Core Thorium Energy (CCTE) a annoncé l’achèvement d’un essai de deux ans visant à évaluer l’efficacité de son combustible breveté, Advanced Nuclear Energy for Enriched Life, ou ANEEL. D’après les essais réalisés au réacteur avancé d’essais (Advanced Test Reactor) du Idaho National Laboratory (INL), le combustible ANEEL a produit plus de huit fois le burnup typique de décharge des réacteurs traditionnels à eau lourde sous pression. Ces résultats ouvrent la voie à des moyens plus efficaces de maintenir l’énergie nucléaire, a indiqué l’entreprise.
A hybrid recipe
ANEEL est une combinaison de thorium et d’uranium faiblement enrichi à haute teneur (HALEU). Alors que des réacteurs nucléaires plus petits et compacts approchent du marché, le HALEU sera crucial pour permettre à ces réacteurs avancés plus petits de produire davantage d’énergie par unité de volume, selon le Département américain de l’Énergie. Les réacteurs actuels fonctionnent avec un combustible enrichi jusqu’à 5 % d’uranium-235, l’isotope responsable de la production d’énergie lors des réactions en chaîne nucléaires.
En revanche, les réacteurs à eau lourde sous pression utilisent de l’eau lourde (oxyde de deutérium) pour refroidir et maîtriser les réactions nucléaires et constituent le troisième type de réacteur le plus répandu, représentant 11 % des réacteurs mondiaux. L’uranium utilisé dans ces réacteurs n’est généralement même pas enrichi, ce qui signifie que le combustible ne contient que 0,72 % d’uranium-235 ou moins pour la fission, comme l’expliquait l’INL dans une annonce précédente sur le démarrage des essais ANEEL.
Put to the test
À partir de mai 2024, l’équipe a chargé 12 rodlets (petites pièces de combustible) ANEEL dans le Advanced Test Reactor, en fixant des objectifs de burnup à 20, 40 et 60 GWd/MTU (gigawatt-jours par tonne métrique d’uranium). Selon la Commission de réglementation nucléaire américaine (NRC), le burnup est une mesure de la quantité d’uranium brûlé dans le réacteur et, par conséquent, de l’énergie qu’il peut produire.
Cependant, il convient de noter que les réacteurs nucléaires commerciaux aux États-Unis sont soit des réacteurs à eau sous pression soit des réacteurs à eau bouillante, qui utilisent de l’eau légère. Or, Mehul Shah, le PDG de CCTE, a expliqué que les objectifs de burnup d’ANEEL avaient été fixés pour déterminer si le mélange de combustibles pouvait générer une puissance comparable à celle des réacteurs à eau légère.
Si tel était le cas, ANEEL constituerait une alternative produisant des charges de puissance similaires « tout en offrant une meilleure utilisation du combustible, des caractéristiques de sécurité améliorées, une résistance inhérente à la prolifération et des réductions significatives des radioisotopes des déchets nucléaires à longue durée de vie », a-t-il déclaré.
Burning numbers
Étonnamment, huit des rodlets ont atteint les deux premiers objectifs l’an dernier, et les quatre restantes ont récemment dépassé les 60 GWd/MTU. De plus, les conditions d’irradiation dans le Advanced Test Reactor sont en réalité plus agressives que celles auxquelles les rodlets seraient confrontés dans les réacteurs réels à eau lourde sous pression, ce qui confère à ces essais une quantité importante de données sur la façon dont le combustible réagirait « dans des conditions accélérées simulant une opération prolongée du réacteur », a indiqué CCTE.
« Notre objectif était d’introduire le thorium dans le cycle du combustible nucléaire de manière pragmatique en utilisant les réacteurs existants, et cette étape marque une avancée significative vers cet objectif », a déclaré Shah.
À l’heure actuelle, les rodlets de combustible font l’objet d’un examen post-irradiation, également au sein des installations de l’INL, a précisé CCTE. Après cela, l’entreprise prévoit de réaliser des démonstrations de combustible ANEEL dans des centrales électriques commerciales.
