Un réacteur nucléaire et la quantité d’énergie qu’il fournit devraient jouer un rôle à jouer dans la transition énergétique. Ce, dans la mesure où il s’agit d’une source d’énergie à faible teneur en carbone. Cependant, pour que cette source reste viable, il sera essentiel d’innover afin d’améliorer les coûts d’exploitation et de maintenance de la prochaine génération de réacteurs.
Les coûts des réacteurs nucléaires doivent être réduit
Les coûts d’un réacteur nucléaire doivent être réduit, et c’est spécialement dans ce but que l’Agence des projets de recherche avancée du ministère américain de l’énergie (ARPA-E) a créé le programme GEMINA (Generating Electricity Managed by Intelligent Nuclear Assets).
Par le biais d’un financement de 27 millions de dollars, GEMINA souhaite accélérer la recherche, la découverte et le développement de nouvelles technologies numériques afin de diminuer durablement les coûts d’exploitation et de maintenance.
Le prix APRA-E GEMINA
Récemment, trois équipes de recherche du MIT se sont vus recevoir le prix APRA-E GEMINA. Ce prix récompense le travail de mise en place des stratégies critiques pour réduire les coûts d’exploitation et de maintenance des prochaines centrales nucléaires.
Ces trois équipes du MIT se composent de chercheurs du département des sciences et de l’ingénierie nucléaire (NSE), du département de l’ingénierie civile et environnementale et du laboratoire des réacteurs nucléaires du MIT.
Elles collaboreront avec des partenaires industriels pour soutenir le développement de jumeaux numériques. Il s’agit de répliques virtuelles de systèmes physiques qui sont programmés de telle sorte à avoir les mêmes propriétés, spécifications et caractéristiques de les systèmes réels.
Le but de cette manœuvre est d’intégrer l’IA, les systèmes de contrôles avancés, la maintenance prédictive et la détection de défauts dans les jumeaux numériques.
Trois projets mis en place par le MIT
Une collaboration NSE/GE Research/GE Hitachi
Dans un projet se penchant sur le développement de jumeaux numériques de haute fidélité pour les réacteurs nucléaires avancés, les professeurs de Emilio Baglietto et Koroush Shrivan de NSE collaboreront avec des chercheurs de GE Research et GE Hitachi.
Le GE Hitachi BWRX-300 est un petit réacteur conçu dans le but de fournir de l’énergie de manière flexible qui devrait servir de référence dans cette collaboration.
Le BWRX-300 incarne un concept prometteur de petit réacteur nucléaire. Il pourrait être compétitif avec le gaz naturel et intégrer le marché américain. L’équipe de recherche va donc assembler, valider et exercer des jumeaux numériques de haute qualité de ce système.
Un travail entre le MIT et MPR Associates
Gordon Kohse, ingénieur de recherche principal du MIT et directeur intérimaire du laboratoire des réacteurs nucléaires dirigera un second projet en collaboration avec MPR Associates. Cette collaboration a pour but de générer des données critiques sur l’irradiation. Ces données seront ensuite utilisées dans le jumelage numérique des réacteurs à sels fondus (MSR).
Un article du MIT News explique que :
« Les MSR produisent des matières radioactives lorsque le combustible nucléaire est dissous dans un sel fondu à haute température et subit une fission lorsqu’il traverse le cœur du réacteur. Il est important de comprendre le comportement de ces matières radioactives pour concevoir les RMF et pour prévoir et réduire les coûts d’exploitation et de maintenance – une étape essentielle pour mettre sur le marché une énergie nucléaire sûre, propre et de nouvelle génération. »
Ainsi, cette équipe du MIT utilisera la capacité unique du réacteur de recherche du MIT. Ce, afin de fournir des données pour déterminer comment les matières radioactives sont produites et transportées dans les MSR.
L’association MIT/EPRI
En plus des deux projets de recherche cités précédemment, une troisième équipe du MIT travaillera en collaboration avec l’Electric Power Research Institute (EPRI). L’objectif est de mettre en place un nouveau concept pour réduire l’exploitation et l’entretien des réacteurs avancés.
Ce travail de collaboration est une étude de validation du concept. Elle explorera comment s’éloigner de l’approche traditionnelle de maintenance et de réparation.
Ce projet dirigé par l’EPRI examinera donc un modèle de remplacement et de remise à neuf où les composants seront intentionnellement conçus et testés pour qu’ils aient des durées de vie plus courtes et plus prévisibles. Ces changements pourraient changer la donne en matière de réduction des coûts d’exploitation et d’entretien.
Pour M. Shirvan, chef de projet au MIT :
« Ce projet de collaboration jettera un regard neuf sur la réduction des coûts d’exploitation et de maintenance en permettant à la technologie nucléaire de mieux s’adapter aux conditions en constante évolution du marché de l’énergie. Le rôle du MIT est d’identifier des pistes de réduction des coûts qui seraient applicables à toute une série de technologies prometteuses de réacteurs avancés. En particulier, nous devons intégrer dans nos stratégies les dernières avancées en matière de science et d’ingénierie des matériaux ainsi que les structures civiles. »
Cette approche ressemble à celle adoptée par l’industrie aérienne commerciale où de multiples remises à neuf permettent aux avions à réaction de continuer de voler de manière économique pendant de nombreuses années.
