Les réacteurs à sels fondus. RSF

         Les réacteurs à sels fondus. RSF, sont des réacteurs de natures diverses, dont le point commun est d’utiliser un milieu liquide constitué d’un sel mixte fondu servant à la fois de combustible nucléaire et de caloporteur..   
                    Ce liquide circule entre le cœur du réacteur, où la réaction en chaîne est rendue possible par la géométrie de la« zone critique », et l’échangeur où la chaleur produite est évacuée vers un circuit intermédiaire.
         La nature des réacteurs diffère selon :

               - la nature des sels formant le combustible : chlorure ou fluorure ;

               - les combustibles utilisés : uranium, plutonium et/ou thorium, en mélange ou non avec des actinides.

               - l’énergie des neutrons provoquant les fissions : rapides ou thermiques ;

               -  modérateur utilisé éventuellement pour les filières à neutrons thermiques.

         L’intérêt des réacteurs à sels fondus est leur grande sureté.

         Le danger dans un réacteur est une excursion de puissance très rapide, non prévisible et qui laisse peu de temps pour réagir, et l’échauffement du cœur qui en résulte qui put provoquer jusque’à la fusion du cœur, surtout s’il y a un défaut du débit du circuit de refroidissement.

         L’emploi d’un combustible de sels fondus a une propriété auto-stabilisante : le liquide étant beaucoup plus dilatable qu’un solide, l’échauffement entraine une baisse de la densité de noyauxfissiles dans le cœur, ce qui fait baisser la réactivité.
         Pour piloter le réacteur, et ajuster sa puissance, on joue sur le débit des échangeurs de chaleur : augmenter le débit du circuit secondaire et donc l’extraction de chaleur du circuit primaire entraîne une augmentation de la puissance fournie, et inversement pour une diminution du débit.

         On peut donc faire varier relativement vite l’énergie électrique fournie, ce qui est intéressant sur un réseau utilisant des énergies intermittentes.
          Un autre avantage est de ne pas craindre les ruptures de gaines de combustibles, sous l’effet de la chaleur et de la pression des produits de fission gazeux.
          Le combustible est plus simple à fabriquer et à traiter après utilisation, pour séparer les produits  de fission et le PU ₂₃₉.

         Par contre la chimie des sels, mélangés aux produits de fission est complexe, et n’est pas actuellement totalement appréhendée.

         Les phénomènes de corrosion doivent être maîtrisés, car une fuite du liquide est prohibitive, puisque fortement radioactive.

         La cuve est la barrière de protection assurée dans les réacteurs classiques par les gaines des barres, et le combustible irradié se déplace dans tout le circuit. Les problèmes importants de sécurité sont à ce niveau.

        En ce qui concerne le combustible, on bénéficie de l’expérience acquise avec les sels de minerais.

        Les sels fluorures bénéficient d’une expérience plus grande que les chlorures car le seul réacteur à sels fondus à avoir fonctionné, le MSRE (Molten Salt Reactor Experiment) américain, actif entre 1965 et 1969, était un RSF à spectre thermique ayant pour combustible des fluorure, qui, étant un plus grand ralentisseur, est meilleur dans un réacteur à neutrons thermiques que rapides.

Les réacteurs à sels fondus actuels dans le monde.

1. En service (Prototypes et Démonstrateurs)

          À l'heure actuelle, aucun réacteur à sels fondus n'est utilisé pour la production commerciale massive d'électricité, mais des unités expérimentales sont actives.

• Chine :
  TMSR-LF1 (Wuwei) : C'est le réacteur le plus avancé au monde. Ce démonstrateur de 2 MWth utilise du combustible liquide (fluorure). Il a reçu son autorisation d'exploitation en 2023 et sert de base pour tester le cycle au thorium.
• États-Unis :
  Hermes (Kairos Power) : Bien qu'il s'agisse techniquement d'un réacteur à combustible solide (TRISO) refroidi par des sels fondus (FHR), c'est un projet charnière. La construction a débuté en 2024 au Tennessee, avec notamment un partenariat récent avec Google pour alimenter des centres de données. (voir photo en page de couverture)

2. En cours d'études et Projets majeurs

           La majorité de l'activité se trouve dans le développement de Petits Réacteurs Modulaires (AMR) par des start-ups et des instituts nationaux.

En France

La France a multiplié les initiatives via le plan "France 2030" :

• NAAREA (XAMR) : micro-réacteur (15-40 MWe) à neutrons rapides et sels fondus, visant à recycler les déchets nucléaires actuels. Prototype attendu vers 2030.
• Stellaria : projet issu du CEA d’un réacteur compact (250 MWth) intégré pour l’industrie. (Décarbonations)
• Projets de recherche : Le CEA travaille sur le concept MSFR (Molten Salt Fast Reactor) pour la fertilisation du cycle du combustible.

En Amérique du Nord

• Terrestrial Energy (Canada) : développe l'IMSR (Integral Molten Salt Reactor), un réacteur de 195 MWe. Il est l'un des plus proches d'une application commerciale.
• TerraPower (USA) : La société de Bill Gates développe, (en plus de son projet Natrium de réacteur à neutrons rapides), , le MCFR (Molten Chloride Fast Reactor) en collaboration avec Southern Company.
• Flibe Energy (USA) : travaille sur le LFTR (Liquid Fluoride Thorium Reactor), spécifiquement conçu pour utiliser le thorium comme combustible principal.

Dans le reste du monde

• Danemark : La start-up Seaborg Technologies conçoit des "barges nucléaires" équipées de réacteurs à sels fondus pour fournir de l'électricité et du dessalement aux pays côtiers.
• Royaume-Uni : Moltex Energy développe le SSR-W (Stable Salt Reactor), qui utilise des sels de chlorure et se concentre sur la consommation de combustibles usés provenant de réacteurs classiques.