Pour alimenter l’appétit énergétique insatiable de l’intelligence artificielle, les entreprises technologiques misent sur les petits réacteurs nucléaires.
La semaine dernière, Google et Amazon ont annoncé des accords avec des entreprises qui développent de petits réacteurs modulaires. Ces réacteurs produiraient moins d’énergie que les réacteurs actuels, et de nombreuses conceptions incluent différents types de combustible ou de liquides de refroidissement, ainsi que des dispositifs de sécurité supplémentaires.
Ces annonces ont amplifié le buzz autour des petits réacteurs modulaires, qui ont attiré une attention croissante ces dernières années, compte tenu du besoin d'énergie propre qui ne contribuera pas au changement climatique. Diverses entreprises ont vu le jour pour répondre à ce besoin, produisant une multitude de propositions de conceptions pour de petits réacteurs modulaires.
« Si vous combinez le besoin d'une énergie résiliente avec le besoin d'une énergie propre et la disponibilité croissante de ces conceptions, vous obtenez un grand regain d'intérêt », déclare l'ingénieur nucléaire Kathryn Huff de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.
Parallèlement, le gouvernement américain soutient le développement de petits réacteurs modulaires, alimentant ainsi l'intérêt.
Alors, quel avenir pour cette potentielle nouvelle génération nucléaire ? Nous abordons les grandes questions sur comment et pourquoi les réacteurs nucléaires deviennent petits.
Que sont les petits réacteurs modulaires ?
Aux États-Unis, les réacteurs commerciaux produisent généralement environ un milliard de watts d’énergie électrique. Les petits réacteurs modulaires en produiraient moins d’un tiers.
Les centrales nucléaires traditionnelles nécessitent des investissements massifs au départ, un obstacle qui bloque la construction de nouveaux réacteurs aux États-Unis depuis des décennies. Les premiers réacteurs nouvellement construits dans le pays en 30 ans – deux à Waynesboro, en Géorgie, qui ont été mis en service en 2023 et 2024 – ont coûté environ 30 milliards de dollars. La construction a pris des années de retard et a dépassé le budget de plusieurs milliards.
En se tournant vers des réacteurs plus petits, les entreprises et les décideurs politiques visent à stimuler la prolifération de l’énergie nucléaire, présentée comme une source d’énergie fiable et exempte d’émissions de gaz à effet de serre.
De plus, étant donné que les réacteurs plus petits produisent moins d’énergie, moins de chaleur résiduelle doit être évacuée pour arrêter le réacteur en toute sécurité en cas d’accident, simplifiant ainsi les systèmes de sécurité.
Avec des réacteurs plus petits, dit Huff, il est plus facile de fabriquer des composants hors site dans une usine et de les expédier là où ils doivent aller, plutôt que de les fabriquer sur mesure à partir de matières premières sur place. « Plus vous pourrez construire ces réacteurs comme des avions plutôt que comme des aéroports, moins cela coûtera généralement cher. »
Qu’est-ce qui alimente l’intérêt pour ces réacteurs ?
Aux États-Unis, l’énergie nucléaire bénéficie actuellement du soutien des démocrates et des républicains, une situation inhabituelle qui a permis au secteur de prospérer, même si les pouvoirs politiques changent. « Au cours des dix dernières années, le soutien a été assez constant et croissant, et je pense que c'est un gros problème », déclare l'ingénieur nucléaire Todd Allen de l'Université du Michigan. L'énergie nucléaire est un pilier du plan de l'administration Biden pour atteindre les objectifs climatiques.
Pendant ce temps, le besoin insatiable d’énergie de l’IA a créé un problème pour les entreprises technologiques qui ne veulent pas être considérées comme les méchants du changement climatique (SN : 11/12/23). Google a annoncé le 14 octobre qu'il achèterait de l'énergie provenant de petits réacteurs modulaires qui seront construits par Kairos Power, qui vise à faire démarrer des réacteurs dans les années 2030. Et le 16 octobre, Amazon a annoncé un investissement dans la société X-energy et des accords avec des sociétés de services publics de Virginie et de l'État de Washington pour établir de petits réacteurs modulaires.
Et les grandes technologies ne sont pas les seules intéressées. Un accord de 2023 entre X-energy et l'entreprise chimique Dow a annoncé la construction d'un petit réacteur modulaire sur l'un des sites de Dow.
Le ministère américain de l'Énergie finance le développement de petits réacteurs modulaires. Le 16 octobre, le DOE a annoncé un financement de 900 millions de dollars pour le déploiement de petits réacteurs modulaires. Et X-energy et TerraPower, soutenus par Bill Gates, construisent des projets de démonstration avec le soutien du DOE.
Les centrales nucléaires traditionnelles joueront encore un rôle dans un avenir prévisible. Le 20 septembre, Microsoft a annoncé un accord pour redémarrer la centrale électrique de Three Mile Island, près de Middletown, en Pennsylvanie, qui a fermé ses portes en 2019. (Oui, que Île de Trois Miles. Après la fameuse fusion partielle de 1979, un autre réacteur de la centrale a continué à fonctionner (SN : 07/04/79).)
« Les entreprises qui évitaient traditionnellement de mentionner l'énergie nucléaire dans leur portefeuille, parce qu'elles étaient préoccupées par les perceptions du public et les éventuelles répercussions politiques, se manifestent et l'adoptent », déclare l'ingénieur nucléaire Koroush Shirvan du MIT.
En quoi la technologie est-elle différente des réacteurs actuels ?
Les réacteurs nucléaires commerciaux aux États-Unis utilisent généralement le même type de combustible à l’uranium et sont refroidis par eau. Mais de nombreuses conceptions de petits réacteurs modulaires brisent ce moule.
L'uranium utilisé dans les réacteurs est enrichi pour inclure davantage de la variété pertinente, ou isotope, de l'uranium, l'U-235. Les réacteurs actuels utilisent de l'uranium enrichi à quelques pour cent d'uranium 235. De nombreux petits réacteurs modulaires utiliseraient de l'uranium enrichi jusqu'à 20 pour cent en 235U, connu sous le nom d'uranium faiblement enrichi à haute teneur, ou HALEU (SN : 03/07/24). Le combustible permet aux petits réacteurs modulaires de fonctionner plus efficacement qu’un réacteur fonctionnant au combustible conventionnel. Les États-Unis ne produisent pas commercialement du HALEU en quantités significatives, mais les efforts ont commencé à s'intensifier, en prévision des besoins.
Certains réacteurs utilisent également un combustible différent de manière plus évidente. X-energy et Kairos, par exemple, utiliseront le combustible TRISO : des pastilles d'uranium encapsulées de la taille d'une graine de pavot contenues dans de plus grandes sphères de matériau, chacune de la taille d'une balle de tennis. Le carburant est « extrêmement résistant aux températures très élevées pendant de très longues périodes », explique Huff. « Cela vous donne cette couche de défense supplémentaire. »
Le liquide de refroidissement, le moyen utilisé pour transférer la chaleur du réacteur vers la partie production d’électricité de la centrale, est également un choix crucial. TerraPower utilise du sodium liquide, Kairos utilise du sel fluorure fondu et X-energy utilise de l'hélium gazeux. Différents liquides de refroidissement peuvent présenter des avantages tels qu'une efficacité accrue du transfert de chaleur ou l'élimination du besoin de récipients sous pression.
Les conceptions intègrent également des dispositifs de sécurité qui ne nécessitent aucune intervention humaine, ce qui contribue à garantir que le réacteur peut s'arrêter en toute sécurité en cas d'urgence. Ils exploitent une physique simple, s'appuyant par exemple sur la gravité, les différences de pression ou la convection naturelle du liquide de refroidissement, pour refroidir le cœur.
Quelle est la prochaine étape ?
Le concept de petits réacteurs modulaires existe depuis de nombreuses années, mais les tentatives précédentes n'ont pas abouti. Même les efforts récents ont échoué. La société de réacteurs NuScale devait produire les premiers petits réacteurs modulaires commerciaux aux États-Unis, dans le cadre d'un projet en Idaho, mais le projet a été annulé en 2023 en raison de l'augmentation des coûts.
Aujourd’hui, alors que les grandes entreprises technologiques se lancent dans le mix, les partisans espèrent que les petits réacteurs modulaires verront bientôt le jour.
« Vous pouvez voir l’élan prendre de l’ampleur », dit Allen. « Cela ne veut pas dire que vous allez avoir une nouvelle version commerciale cette année, mais il y a aussi beaucoup plus de choses qui semblent réelles que ce que nous avons vu dans le nucléaire depuis très longtemps. »
