Des ingénieurs impriment en 3D des matériaux avancés pour de petits réacteurs nucléaires
Les SMR, développés par l’Université de l’Alberta, sont considérablement plus petits et moins coûteux que les centrales électriques conventionnelles.
Selon l’Université de l’Alberta, des chercheurs en ingénierie ont conçu et fabriqué des matériaux avancés pour les petits réacteurs modulaires (SMR) en utilisant l’impression 3D. Ces réacteurs nucléaires sont beaucoup plus petits et moins coûteux que les centrales traditionnelles et pourraient fournir de l’énergie propre aux communautés rurales.
D’une taille bien inférieure à celle d’un réacteur nucléaire conventionnel – pesant entre 200 et 500 tonnes avec une capacité allant jusqu’à 300 mégawatts – les modules peuvent être fabriqués en usine puis transportés sur site pour l’assemblage final et l’installation.
Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique, ces réacteurs à fission peuvent être installés dans des endroits ruraux inadaptés aux grandes centrales nucléaires, ce qui s’inscrit dans le Plan de transition énergétique du Canada et le Plan stratégique de l’Alberta pour le déploiement de SMR dans les communautés éloignées. Dans certains cas, ils disposent de systèmes de sécurité passifs qui peuvent « éliminer ou réduire considérablement le risque de rejets radioactifs dangereux dans l’environnement et pour le public en cas d’accident. »
Plus de 80 conceptions ont été développées aux États-Unis, en Argentine, en Chine, en Russie, en Corée du Sud et au Canada – toutes devant obtenir l’approbation réglementaire au cours des six prochaines années.
À la pointe de la conception des SMR au Canada se trouve Mostafa Yakout, professeur de génie mécanique à l’Université de l’Alberta, qui a récemment reçu 2,5 millions de dollars sur trois ans du Programme de soutien aux petits réacteurs modulaires de Ressources naturelles Canada et de partenariats industriels connexes pour développer et tester des matériaux avancés destinés aux SMR de haute performance fabriqués au Canada, qui fonctionnent à haute température.
« C’est une partie essentielle de l’avenir énergétique de l’Alberta », a déclaré Yakout. “Le nucléaire est considéré comme l’une des sources d’énergie les plus propres et l’Alberta est bien positionnée pour diriger l’effort de SMR au Canada, sinon en Amérique du Nord. »
L’équipe de Yakout comprendra des collègues de l’Université de l’Alberta, James Hogan (génie mécanique), Jing Liu (génie chimique et des matériaux) et Arthur Mar (chimie), en collaboration avec CanmetMATERIALS de RNCan, Terrestrial Energy, les Laboratoires nucléaires canadiens, ATS Industrial Automation et InnoTech Alberta. Une douzaine de doctorants et de chercheurs postdoctoraux participeront également au projet.
L’équipe de recherche explorera des moyens de rendre le matériau de confinement à l’intérieur des réacteurs à fission – qui doit résister à des températures allant jusqu’à 850 degrés Celsius – moins corrosif et plus durable, tout en réduisant les coûts de fabrication et le gaspillage. Ils commenceront par tenter de modifier un superalliage utilisé dans les réacteurs nucléaires conventionnels, appelé Inconel 617, connu pour résister à la corrosion sous des températures extrêmes.
« Nous cherchons des moyens de prévenir la dégradation des matériaux pour prolonger la durée de vie opérationnelle des composants du réacteur et réduire les intervalles de ravitaillement », a déclaré Yakout. « Les matériaux résistants à la corrosion à haute température fonctionneront sous des conditions de stress thermique extrême, ce qui ajoutera des caractéristiques de sécurité passive pour prévenir les accidents ou les fuites dans les réacteurs. »
Grâce à l’impression 3D, « nous sommes en mesure d’intégrer la conception des matériaux et la fabrication pour créer des structures très complexes », a-t-il ajouté.
Pour rendre le produit commercialement viable, l’équipe explore également des applications dans d’autres secteurs tels que la défense, l’espace et l’aérospatiale.
Dans son plan stratégique pour les SMR, le gouvernement de l’Alberta qualifie les réacteurs de « prochaine évolution de l’innovation et de la technologie nucléaire », avec la capacité de fournir « une énergie sûre, fiable et sans émission pour alimenter nos communautés, tout en répondant aux besoins d’une économie et d’une population en croissance. »
En collaboration avec des partenaires industriels et gouvernementaux, l’équipe de Yakout vise un standard de haute performance dans la conception des matériaux qui résistera à l’approbation réglementaire une fois que les réacteurs seront prêts à être déployés.
« Nous voulons nous assurer que lorsque les réacteurs seront prêts, toutes les réglementations et les licences seront en place, et que le public sera convaincu qu’ils sont sûrs et propres. »
