Pourquoi les États-Unis ont-ils abandonné une avance dans la conception de réacteurs ?
Lancement : 21 juillet 1955 – L’USS Seawolf (SSN-575), un sous-marin unique en son genre, était le troisième navire de la marine américaine à porter le nom du loup de mer, le deuxième sous-marin nucléaire et le seul sous-marin américain construit avec un réacteur nucléaire à refroidissement par métal liquide (sodium) connu sous le nom de réacteur intermédiaire sous-marin (SIR) ou réacteur rapide à métal liquide (LMFR), désigné plus tard S2G. Sa conception générale était une variante du Nautilus, mais avec de nombreuses modifications de détail, telles qu’un tour de contrôle, une voile étagée, et le sonar actif AN/SQS-51 monté dans la partie supérieure de la proue au lieu d’être plus bas.
La quille du Seawolf a été posée le 7 septembre 1953 par la division Electric Boat de General Dynamics Corporation à Groton, Connecticut. Il a été lancé le 21 juillet 1955, parrainé par Mme W. Sterling Cole, et mis en service le 30 mars 1957, sous le commandement du commandant R. B. Laning.
À la fin des années 1960, un grand bouleversement s’est produit dans la recherche sur les réacteurs nucléaires. En tant que jeune employé de la division des réacteurs du laboratoire scientifique de Los Alamos à cette époque, j’ai été choqué et confus lorsque la division a été soudainement dissoute. Maintenant que nous envisageons à nouveau des alternatives aux réacteurs à eau légère, plusieurs récits ont surgi pour expliquer pourquoi ces alternatives ont été abandonnées.
Récemment, j’ai décidé de faire des recherches sur cette décision en utilisant des sources accessibles au public. Ce que j’ai trouvé était remarquable. L’acteur clé était Milton Shaw, qui dirigeait à l’époque la Division du développement et des essais des réacteurs (RDTD) de la Commission de l’énergie atomique (AEC). Shaw a recentré le programme nucléaire civil américain sur un seul objectif, le réacteur surgénérateur rapide à métal liquide, en commettant un certain nombre d’erreurs stratégiques qui ont eu des conséquences à long terme sur la sécurité de l’industrie.
Shaw était un protégé de l’amiral Hyman Rickover, connu comme le père de la marine nucléaire américaine. Rickover et son équipe ont développé avec succès des réacteurs nucléaires pour les sous-marins puis les porte-avions, les libérant du besoin de combustibles fossiles comme principale source de propulsion. Le premier sous-marin nucléaire, l’USS Nautilus, est autorisé par le Congrès en juillet 1951 et lancé en janvier 1954, deux ans et demi plus tard. Le porte-avions USS Enterprise a été autorisé en 1954 et mis en service en 1958, moins de quatre ans plus tard.
La cuve sous pression du réacteur de la centrale nucléaire de Shipping port pendant la construction en 1956. L’usine a été mise en service deux ans plus tard.
Il s’agissait d’impressionnants succès d’ingénierie et patriotiques à une époque où les États-Unis ressentaient la pression de la guerre froide pour concurrencer l’Union soviétique. Rickover et son équipe étaient considérés comme efficaces, bien qu’il y ait eu des histoires d’intimidation et de pratiques de gestion dictatoriales.Extension du nucléaire civil
Le succès de Shipping port et d’autres réacteurs civils a accru la visibilité de Shaw. En 1964, il est nommé directeur de la RDTD. Les entreprises commerciales se lançaient dans le secteur des réacteurs, étendant la conception des réacteurs à eau légère sous pression (REP) de la marine à de plus grandes tailles. Cependant, presque toutes les principales recherches sur les réacteurs étaient menées dans les laboratoires nationaux américains.
Les laboratoires nationaux d’Argonne et d’Oak Ridge ont participé à la conception du premier réacteur sous-marin, qui a été construit par Westinghouse Bettis Laboratory (maintenant détenu par Bechtel) et testé à la station d’essai du réacteur national de l’Idaho (maintenant Laboratoire national de l’Idaho). Bien que les premiers réacteurs aient été modérés au carbone et refroidis au gaz, l’eau servait les deux objectifs dans les réacteurs navals. L’eau a également protégé l’équipage des radiations.
Au fur et à mesure que de plus en plus de réacteurs commerciaux ont été construits pour les centrales électriques, leur taille et leurs températures de fonctionnement ont augmenté. Pour atteindre leur objectif, ils devraient être situés à proximité de zones peuplées. Bien qu’une norme de sécurité antérieure exige que les réacteurs soient maintenus dans des zones désolées loin des grands centres de population en cas d’accident, les réacteurs ne seraient pas compétitifs avec d’autres formes de production d’électricité s’ils étaient situés trop loin de leur marché énergétique.
Des études de sécurité ont été dûment menées dans les laboratoires nationaux sur des récipients de confinement en tant que mécanisme de sécurité alternatif. L’accident le plus dommageable supposé possible (« accident maximum crédible ») a été la perte d’eau de refroidissement du réacteur lors de la rupture d’une canalisation. Bien que la perte du modérateur mettrait fin aux réactions de fission, la chaleur générée par les produits de fission pourrait faire fondre le cœur. Une installation était prévue dans l’Idaho pour tester un tel accident.
Il n’était pas rare à cette époque que les ingénieurs testent l’équipement jusqu’à l’échec. Par exemple, des moteurs de fusée à propulsion nucléaire, également en cours de développement à l’époque, ont été testés sur le site d’essai du Nevada. En 1965, dans le cadre de ce programme, le test Kiwi-TNT a simulé l’accident le plus crédible pour ce réacteur : une excursion nucléaire rapide, comme cela pourrait se produire si le réacteur alimentant une fusée tombait dans l’océan.
Les laboratoires nationaux étudiaient également une grande variété de conceptions de réacteurs, des réacteurs refroidis par métal liquide aux réacteurs à sels fondus en passant par les réacteurs à haute température refroidis par gaz. Les réacteurs pourraient être alimentés par de l’uranium, du plutonium ou du thorium. Certains d’entre eux, appelés éleveurs, fabriquaient plus de carburant qu’ils n’en consommaient. Les sélectionneurs tireraient le meilleur parti de ce que l’on croyait alors être des réserves d’uranium très limitées en créant du plutonium lors de la combustion de l’uranium. La Division du développement et des essais de réacteurs de Shaw a financé à la fois des études de sécurité et des conceptions exploratoires de réacteurs.
Le point pivot
À la fin des années 1960, deux réacteurs surgénérateurs fonctionnaient aux États-Unis : un réacteur surgénérateur expérimental (EBR-I) construit dans l’Idaho en 1949 pour prouver le principe de la surgénération et le réacteur surgénérateur Enrico Fermi près de Detroit, Michigan, dont la construction a commencé. en 1963. Tous deux utilisaient du sodium liquide comme caloporteur, qui possède des propriétés nucléaires idéales pour travailler avec des neutrons rapides, utiles pour une reproduction efficace du plutonium. Le sodium est un métal solide mais mou à température ambiante et réagit fortement avec l’eau. Ceci, comme les chercheurs l’ont découvert, rend difficile le travail avec : EBR-1 a subi une fusion partielle en 1955, tout comme Fermi en 1966, tous deux à cause de canaux de refroidissement bloqués.
À partir de 1968 environ, les ressources de la division de développement et d’essais des réacteurs de Shaw ont été tournées uniquement vers le développement d’un réacteur surgénérateur rapide à métal liquide (LMFBR), et tous les autres projets ont été abandonnés. Pourquoi ?
La réponse à cette question nécessiterait des recherches plus détaillées dans les archives de l’AEC. Des sources Internet ouvertes indiquent que Shaw avait probablement l’approbation du président de l’AEC, Glenn Seaborg, et de la plupart des autres commissaires. L’AEC, née du projet Manhattan en temps de guerre en tant qu’agence civile supervisant toutes les utilisations de l’énergie nucléaire, avait l’habitude d’agir dans le secret. Il semblerait que les délibérations entourant cette décision aient été plus secrètes que d’autres.
Si la RDTD se concentrait étroitement sur un seul objectif, cette pratique était cohérente avec le développement antérieur des réacteurs navals. Pour un exemple, le deuxième sous-marin nucléaire, USS Seawolf , était à l’origine équipé d’un réacteur à sodium liquide, qui a été remplacé après quelques années par le PWR standard utilisé pour les sous-marins nucléaires.
Carte postale célébrant le lancement le 21 juillet 1955 de l’USS Seawolf (SSN-575). Le réacteur refroidi par métal liquide du sous-marin s’est avéré difficile à entretenir. Le sous-marin avait un équipage de 101 personnes et était équipé de six tubes lance-torpilles de 21 pouces.
À l’époque, avec la demande croissante d’énergie et les prévisions d’épuisement des gisements d’uranium, un programme de réacteurs surgénérateurs semblait le seul choix logique si l’énergie nucléaire devait contribuer de manière significative aux besoins énergétiques des États-Unis. Shipping port et les réacteurs navals avaient fonctionné sans aucun problème sérieux pendant une décennie, ce qui pouvait être considéré comme la preuve que les problèmes de sécurité avaient été maîtrisés. Rickover était fier de son programme de sécurité, comme indiqué dans son témoignage au Congrès en 1979. Le résultat a été que la recherche sur la sécurité des laboratoires nationaux a été soudainement réduite et plus tard terminée, car on jugeait inutile ou acceptable de déléguer à l’industrie. Les recherches sur les conceptions alternatives de réacteurs dans les laboratoires ont également pris fin.
Shaw ne semble pas avoir consulté les cadres supérieurs des laboratoires nationaux sur la décision de manière significative. Alvin Weinberg, directeur d’Oak Ridge, aurait été livide. La division des réacteurs de Los Alamos a été fermée. Le travail à Idaho a été redirigé plusieurs fois. Un gestionnaire de programme pour le LMFBR a été installé à Argonne qui relevait directement de Shaw.
En réponse aux initiatives de Shaw en 1967, Albert V. Crewe, alors directeur du Laboratoire national d’Argonne, a noté que le but d’Argonne n’était «pas de construire des sous-marins mais de produire des connaissances».
L’application par Shaw de la focalisation étroite et de la structure hiérarchique de commandement de Rickover a marqué une rupture avec les pratiques de gestion passées des laboratoires nationaux. Jusqu’alors, les programmes de réacteurs des laboratoires nationaux étaient élaborés en concertation entre l’AEC et les laboratoires, et permettaient des projets exploratoires. Cette vue d’ensemble est venue du projet Manhattan, dans lequel de multiples voies vers l’objectif d’une arme atomique ont été étudiées.
Résultats
Limiter le programme de réacteurs du gouvernement au seul LMFBR a probablement eu plus d’influence sur la forme de l’industrie nucléaire actuelle aux États-Unis – et sur son opposition – que toute autre décision prise après le projet Manhattan. Le programme de Shaw a échoué dans son objectif principal, à savoir construire un prototype LMFBR à Clinch River, Tennessee. Cela a également laissé des vulnérabilités dans les conceptions de réacteurs à eau légère qui seraient utilisés dans les centrales électriques du monde entier. Peu de modèles de réacteurs alternatifs, tels que les réacteurs refroidis au gaz, ont été construits dans les centrales électriques américaines, et ces quelques-uns ont échoué commercialement.
Le programme LMFBR a échoué pour de nombreuses raisons. Il s’est déplacé plus lentement et a coûté plus cher que prévu. Les inquiétudes concernant la prolifération ont augmenté au cours des années 1970. Des réserves supplémentaires d’uranium ont été découvertes, rendant les surgénérateurs moins attractifs. Le Comité mixte du Congrès sur l’énergie atomique – dissous lorsque l’AEC a été scindée en Energy Research and Development Administration (ERDA) et Nuclear Regulatory Commission (NRC) – n’était plus disponible pour fournir un soutien financier déterminé. En revanche, la France, la Russie, la Chine et le Japon exploitaient tous des réacteurs rapides refroidis au métal liquide à l’échelle commerciale.
Le double rôle de l’AEC en tant que régulateur et développeur de l’énergie nucléaire a souvent été remis en question et critiqué. La coupe dans la recherche sur la sécurité a été la goutte d’eau qui a conduit à la scission de l’AEC en 1975 en ERDA et NRC. Deux ans plus tard, l’ERDA a été fusionnée avec la Federal Energy Administration pour former le DOE. À l’instar de la branche réglementaire de l’AEC, la NRC ne dispose d’aucun financement pour la recherche sur la sécurité, mais au fil des ans, le DOE a sporadiquement abordé certains problèmes de sécurité des réacteurs, tout comme les fabricants de réacteurs.
Le champ d’action restreint du programme américain de réacteurs a laissé de dangereuses lacunes. Les effondrements des réacteurs de Three-Mile Island (1979) et de Fukushima (2011) étaient dus à une perte de liquide de refroidissement, le type d’accident sur lequel Shaw a arrêté ses recherches. Les modifications actuellement proposées auraient pu être introduites il y a des années, à temps pour prévenir ces accidents, si ces recherches s’étaient poursuivies.
En fait, parce que cette recherche a été réduite, certains des scientifiques de ces divisions ont fait part de leurs préoccupations et de leur expertise en matière de sécurité à des personnes et à des organisations qui les écoutaient. L’Union of Concerned Scientists, créée en 1969, et d’autres groupes ont bénéficié de leur transfert de connaissances. De tels groupes auraient vu le jour de toute façon, mais l’aliénation des scientifiques travaillant sur la sûreté des réacteurs et les problèmes réels auxquels ils s’attaquaient ont renforcé leur détermination et leur mobilisation.
Le développement redémarre sur des conceptions de réacteurs qui ont été mises sous cocon par la décision de Shaw il y a près de 50 ans. Des réacteurs au thorium, alimentés au sel liquide et refroidis au métal liquide sont envisagés par les laboratoires nationaux, certaines universités et des entreprises en démarrage. Il en va de même pour les versions plus innovantes et plus sûres des réacteurs à eau légère. On ne peut s’attendre à ce qu’aucune de ces conceptions soit utilisée avant une décennie ou plus. La recherche des entreprises sera très ciblée et nous ne pouvons pas nous attendre à ce que les questions de sécurité soient une considération primordiale. Contrairement aux affirmations de certains promoteurs des nouveaux modèles, les expériences menées dans les années 1960 sont à peine une preuve de concept. La réglementation et la technologie disponible ont trop changé pour que les données antérieures soient fiables.
Pas une histoire positive
La redirection par Shaw du programme nucléaire américain est peu mentionnée dans les histoires officielles sur le web. Son effet sur l’éclatement de l’AEC est partiellement reconnu sur la page d’histoire du NRC , et pas du tout dans une histoire du DOE de l’ERDA . Des documents pertinents existent sans aucun doute dans les archives de l’AEC et des laboratoires nationaux.
L’histoire n’est pas positive pour l’AEC. Bien que la plupart des biographies reconnaissent que la gestion de ses programmes par l’amiral Rickover était controversée, il est toujours vénéré dans la marine nucléaire américaine et au-delà. Dans l’industrie civile, un terme standard pour désigner collectivement les réacteurs nucléaires est « flotte nucléaire », rappelant leurs origines navales. Il y a peu de motivation pour revoir cette histoire, mais comprendre les erreurs stratégiques peut nous aider à tracer une voie plus productive.
Shaw et l’AEC n’ont pas reconnu les différences entre le développement de réacteurs navals et le développement du LMFBR : les inconnues comparativement plus techniques nécessitant une enquête, la culture et l’histoire des laboratoires nationaux contrairement aux laboratoires de réacteurs navals captifs, et la nécessité d’éviter les perceptions ou réalités des conflits d’intérêts. Ils ont éliminé les voies alternatives qui auraient pu fournir de meilleurs réacteurs commerciaux ou ont développé des correctifs de sécurité. Bon nombre des conséquences négatives ont duré pendant quarante ans et plus. Peut-être que revenir sur ce qui s’est passé peut aider à réparer les dégâts.
https://www.facebook.com/GotDolphins/photos/a.103778931229/10156981308306230/?type=3
https://www.powermag.com/prism-a-promising-near-term-reactor-option/
https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/pt.5.2029/full/