Réacteurs nucléaires innovants : le CEA dévoile ses deux premiers projets

Le 9 mars, lors du sommet Hello Tomorrow à Paris, le CEA a présenté deux de ses poulains à l'appel à projets « Réacteurs nucléaires innovants » : Hexana et Stellaria. Tous deux se destinent à décarboner des sites industriels très émetteurs.

Les premiers « petits réacteurs nucléaires innovants », que le président de la République, Emmanuel Macron, a appelé de ses vœux en février 2022, à Belfort, ont été présentés à l'occasion du sommet mondial de la « deep-tech », Hello Tomorrow, à Paris le 9 mars 2023. Lancé un an auparavant dans le cadre du plan France 2030, l'appel à projets « réacteurs nucléaires innovants » doit financer des projets de réacteurs modulaires de faible puissance (SMR ou AMR), à l'aide d'une enveloppe de 500 millions d'euros pilotée par Bpifrance. Dans cette optique, le Commissariat à l'énergie atomique (CEA) a mené un appel à idées en interne, qui a fait émerger cinq candidats dont les dossiers seront soumis d'ici au 28 juin prochain. Parmi ces derniers, deux start-up en cours de création proposent les projets jugés les plus « matures » : Hexana et Stellaria.

Un essaimage commercial du projet Astrid

Ces projets amorcent simplement, par le caractère modulaire et donc plus rapide de leur construction, la relance de la filière

Stéphane Sarrade, CEA

Hexana travaille sur un réacteur à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na), fonctionnant par paires de modules d'une puissance de 300 mégawatts électriques (MWe) ou de 400 à 450 mégawatts thermiques (MWth). Ce projet technologique dit de quatrième génération s'appuie sur plusieurs essais précédents du CEA en la matière, tous abandonnés ou suspendus : Rapsodie, Phénix, Superphénix et, plus récemment, Astrid. Stéphane Sarrade, directeur des programmes énergies du CEA, assure cependant qu'Hexana n'a pas la volonté d'être une simple copie. « Le démonstrateur Astrid se vouait uniquement à la recherche, pas à la production. Hexana ne fera que reprendre les avancées technologiques issues d'Astrid et du travail des 135 chercheurs qui continuent de s'intéresser aux réacteurs de quatrième génération au CEA. »

L'objectif d'Hexana est d'installer son premier réacteur à l'horizon 2035, alimenté à l'aide d'uranium appauvri associé à du plutonium issu des combustibles retraités du parc nucléaire français (MOX). Déjà soutenue par EDF et Framatome, la jeune pousse entend se positionner uniquement sur la décarbonation de l'industrie lourde (production d'acier, pétrochimie) et du transport longue distance (infrastructures portuaires). « Notre approche modulaire en série s'appuie sur une fabrication des composants dans différentes usines, avec l'intention d'installer nos réacteurs plus rapidement sur les sites de ces entreprises grandes émettrices, explique Sylvain Nizou, cofondateur de la start-up. Une paire de modules ne sera parfois pas suffisante et il nous faudra en installer deux sur place. » Hexana compte également sur l'énergie nucléaire produite pour alimenter des systèmes de capture du dioxyde de carbone (CO₂) directement sur ces sites.

Et un SMR à sels fondus

Stellaria, la seconde protégée du CEA, mise quant à elle sur un réacteur à sels fondus (RSF) de construction modulaire. Développée en partenariat avec Schneider Electric, la base de ce SMR de quatrième génération – similaire à la solution proposée par NAAREA, une autre start-up nucléaire, se compose d'une cuve-capsule « régénérative » dans laquelle le combustible demeure à l'état liquide. À l'intérieur, un petit réacteur à neutrons rapides, d'une capacité de 100 à 120 MWe ou 250 MWth, est alimenté par un flot constant d'uranium, de plutonium ou de thorium, mêlé à du chlorure plutôt que du fluor, en cycle fermé.

Le contenu de la cuve doit néanmoins être remplacé tous les cinq ans. « Nous ne pouvons pas récupérer et valoriser les déchets vitrifiés, mais beaucoup d'autres combustibles usés et stockés en Europe sont en attente de traitement et peuvent l'être, comme les actinides mineurs bientôt stockés dans Cigéo », souligne Guillaume Campioni, cofondateur de Stellaria. Du fait de l'ensemble de ces contraintes logistiques et techniques, Stellaria ne destine sa technologie qu'à des grands sites industriels sécurisés, classés Seveso, « qui maîtrisent déjà des normes drastiques de sécurité ».

Une approche basée sur la demande

Le calendrier de l'innovation nucléaire L'appel à projets « réacteurs nucléaires innovants » s'orchestre selon trois phases. La première, pour laquelle le dépôt des dossiers s'achève le 28 juin prochain, prévoit un premier financement maximal de 10 millions d'euros sur deux ans par projet sélectionné. La deuxième, entamée en 2024, consiste à valider la « preuve de concept » des lauréats, avec une montée en maturité accompagnée pendant trois ans jusqu'à 90 millions d'euros. Enfin, la dernière phase doit, dès 2026, soutenir l'élaboration de démonstrateurs opérationnels dans les cinq années à suivre. Chaque démonstrateur profitera d'un soutien s'élevant jusqu'à 300 millions d'euros.

« Si nous privilégions une approche start-up plutôt qu'une approche R&D, c'est pour partir du besoin économique du marché afin de mieux imaginer les solutions technologiques adaptées », avance Laurence Petit, directrice déléguée à l'innovation du CEA. Avec ces deux projets de micro-réacteurs (et les trois autres en cours de maturation au CEA), l'institut de recherche parie sur un dimensionnement en fonction de la demande énergétique de décarbonation en amont. « Ces projets ne viennent pas en lieu et place des futurs réacteurs de grande puissance, de plus de 1 600 MW, attendus d'ici à 2050, complète Stéphane Sarrade. Ils amorcent simplement, par le caractère modulaire et donc plus rapide de leur construction, la relance de la filière. »

Si le CEA défend une multiplication des types de technologies envisagées, c'est justement pour mieux innover en la matière et identifier quelle(s) innovation(s) pérenniser à terme. « Toute phase d'innovation passe par là, avant d'aboutir à deux ou trois solutions matures et stables, analyse Guillaume Campioni. Chacun va tenter sa chance et si notre solution fonctionne et répond aux besoins, tant mieux. Autrement, nous aurons au moins eu le mérite de tenter et d'avoir fait notre travail. »