Dans notre analyse approfondie du 27 juin 2025, nous avons parlé des centrales nucléaires de grande taille (les Nuclear Power Plant – NPP) en nous promettant d’approfondir le thème des Small Modular Reactor (SMR) et en particulier des micro-réacteurs. C’est exactement ce que nous nous proposons de faire ci-dessous en examinant certains des projets les plus prometteurs et les plus avancés actuellement en cours.
Pour commencer, nous devons introduire quelques concepts techniques qui nous permettront de mieux comprendre chaque projet et d’apprécier les avantages et les inconvénients des micro-réacteurs. Nous savons que le critère de classification par excellence est la quantité d’énergie produite en un an : les SMR sont des réacteurs dont la puissance atteint 300 MWe par an, tandis que les micro-réacteurs, qui constituent une sous-catégorie, atteignent au maximum 20 MWe. Et c’est là que nous rencontrons déjà la première définition technique : les MWe, ou mégawatts électriques, mesurent la capacité de production électrique (en MW, bien sûr) d’une centrale et ne doivent pas être confondus avec les mégawatts thermiques (MWt) qui mesurent l’énergie thermique (également mesurée en MW) à introduire dans une centrale électrique ; pour simplifier, la première mesure la production, la seconde l’apport.
Une autre caractéristique technique d’une importance fondamentale est la technologie utilisée pour produire de l’électricité (ou de la chaleur). Les micro-réacteurs en utilisent essentiellement deux dans leurs variantes ou intégrations : le cycle de Brayton et celui de Rankine.
Le cycle de Brayton est un cycle thermodynamique utilisé pour convertir la chaleur en travail mécanique pouvant être utilisé pour actionner une turbine ou d’autres dispositifs qui utilisent l’énergie thermique pour produire un travail utile, comme l’électricité.
Le cycle de Rankine est un cycle thermique utilisé pour générer de la vapeur d’eau à haute pression à partir d’eau à basse température. Il peut être mis en œuvre dans des circuits ouverts ou fermés, les premiers étant plus courants pour les applications industrielles. Dans ce processus, le fluide caloporteur (HTF), par exemple l’eau, est chauffé par la combustion de combustible pour produire de la vapeur à haute pression, puis refroidi par expansion dans un condenseur. Lorsque le cycle de Rankine est utilisé dans un circuit ouvert, un condenseur est nécessaire, sinon la pression créée serait telle que le système imploserait sous son propre poids.
La principale différence entre le cycle de Brayton et le cycle de Rankine réside dans le fait que le premier fonctionne entièrement avec des gaz qui y sont introduits, tandis que le second utilise un liquide (ou directement de la vapeur) comme l’un de ses fluides de travail. Dans le cycle Brayton, l’air est comprimé, chauffé par un brûleur à combustible, puis détendu à travers une turbine pour produire un travail mécanique qui alimente le compresseur, tandis que dans le cycle Rankine, l’eau est chauffée pour former de la vapeur, qui se détend à travers une turbine pour produire un travail mécanique qui fait fonctionner un générateur électrique.
Tableau 1. Différences entre le cycle Brayton et le cycle Rankine.
La conversion de la puissance des micro-réacteurs en électricité repose, dans la plupart des projets, sur le cycle de Brayton qui utilise un échangeur de chaleur intermédiaire. Il convient de souligner que dans certains projets de micro-réacteurs, le transport de la chaleur du cœur vers l’échangeur de chaleur intermédiaire s’effectue par des tubes, ce qui marque une différence importante par rapport aux centrales nucléaires actuelles.
Les deux technologies posent évidemment le problème du refroidissement. Le choix du réfrigérant est fondamental car il influence l’évacuation de la chaleur qui, si elle n’est pas correctement contrôlée, représente un facteur critique.
Les principales caractéristiques d’un réfrigérant devraient être les suivantes:
• capacité thermique volumétrique élevée,
• absence de changements de phase dans des conditions normales et accidentelles (sauf si l’on souhaite faire bouillir l’eau pour un cycle de Rankine direct),
• faible absorption des neutrons,
• pression aussi basse que possible aux températures de fonctionnement,
• activation limitée en présence de neutrons,
• compatibilité chimique avec les matériaux du cœur et les matériaux structurels,
• bonne conductivité thermique.
Les réfrigérants les plus adaptés pour répondre à ces caractéristiques sont les sels fondus, le sodium et les réfrigérants à base de plomb.
Les sels fondus présentent les avantages du refroidissement par convection naturelle, pour atteindre une différence de température élevée dans les régions du cœur, et des capacités thermiques volumétriques élevées. Cependant, leur prédisposition à la corrosion et leur point de fusion élevé constituent les principaux problèmes.
Les avantages du sodium sont la connaissance technique approfondie qui existe à son sujet, son point de fusion bas, la possibilité d’atteindre une différence de température élevée dans les régions du cœur et la possibilité d’utiliser des pompes électromagnétiques ou un refroidissement à circulation naturelle pour réduire le volume dans le réacteur. Cependant, les complications liées au sodium sont la possibilité limitée de réguler le débit pour améliorer la circulation naturelle et sa réactivité chimique avec l’eau et l’air.
Les avantages des réfrigérants à base de plomb sont le refroidissement par convection naturelle, la possibilité d’augmenter les zones d’écoulement, l’inertie thermique élevée due au point d’ébullition élevé et la capacité thermique volumétrique élevée. Parmi les inconvénients, on peut citer le point de fusion élevé, la corrosion et la production de composés volatils de polonium.
Et enfin, le combustible. Les centrales nucléaires fonctionnent généralement avec des barres d’uranium et produisent de l’électricité à l’aide d’eau légère (LWR). Aux États-Unis, les centrales nucléaires produisent de l’électricité à l’aide de combustible à faible enrichissement en uranium (LEU). L’uranium à faible enrichissement a une teneur en uranium 235 supérieure à 0,7 % et inférieure à 20 %. Les réacteurs LWR actuels utilisent du LEU avec des teneurs en uranium 235 inférieures à 5 %. Certains réacteurs avancés sont actuellement en cours de conception pour utiliser du LEU avec des teneurs en uranium 235 comprises entre 5 % et 20 %. Le combustible produit à partir d’uranium 235 enrichi à des niveaux compris entre 5 % et 20 % est appelé combustible HALEU. Il peut améliorer l’utilisation du combustible et contribuer à une meilleure rentabilité globale de la centrale. Le combustible HALEU prévu pour les micro-réacteurs est généralement encapsulé sous forme métallique ou céramique et est un combustible de nouvelle génération à particules tri-structurales isotropes (TRISO).
Avec le développement de la technologie des réacteurs avancés, tant les réacteurs de puissance nouvellement construits que ceux déjà en service auront besoin de combustible HALEU. L’infrastructure du cycle du combustible nucléaire aux États-Unis n’a pas encore été adaptée pour fournir de nouvelles sources de HALEU et des emballages qualifiés permettant son transport. On peut supposer que l’approvisionnement commercial ne se concrétisera pas tant qu’un marché des micro-réacteurs ne se sera pas formé. Le combustible nucléaire pose le problème de l’élimination (en réalité, du confinement puis du stockage) des résidus (ou déchets). Mis à part la solution des réacteurs auto-fertilisants dont nous parlerons dans un prochain article, les micro-réacteurs nécessitent des barrières plus simples et moins coûteuses que les réacteurs de grande taille. Cet avantage est principalement dû à la source plus faible, à la faible pression du système dans des conditions normales et à la probabilité réduite de réactions chimiques. En ce qui concerne la configuration avec des sels fondus comme réfrigérant, on observe la dissolution du combustible dans le sel. D’une part, les avantages sont dus au coefficient de température négatif élevé, au degré de combustion élevé et au rapport de conversion élevé (si un nettoyage continu du combustible est effectué) et à la possibilité d’obtenir un mécanisme d’arrêt redondant lié à l’élimination du combustible dans des réservoirs sous-critiques.
D’autre part, la technologie n’étant pas encore tout à fait au point, elle pourrait être exposée à des fuites de réfrigérant, qui entraîneraient à leur tour une perte de combustible actif. De plus, l’investissement initial et la construction d’un système intégré avec épuration chimique du sel sont considérables. Des problèmes pourraient survenir en raison de l’absence d’un bâtiment de confinement, comme c’est normalement le cas pour les centrales nucléaires. Cet aspect réduit le nombre de barrières entre les matières radioactives et l’environnement et pose le problème de la protection contre l’impact des aéronefs, généralement pris en compte dans les centrales nucléaires, mais qui pourrait avoir un sens pour les micro-réacteurs si l’on considère également les petits drones comme des aéronefs.
Avec ces connaissances techniques générales (et superficielles), nous pouvons fournir une liste des projets de micro-réacteurs actuellement les plus prometteurs (voir tableau 2). Bien sûr, cette liste est loin d’être exhaustive et, comme déjà mentionné, il s’agit des projets que nous considérons, à tort ou à raison, comme les plus prometteurs et certainement les plus discutés. Par exemple, eVinci et X-energy ont fait l’objet d’un article récent paru dans le FT.
Tableau 2. Principaux projets de micro-réacteurs nucléaires.
Comme vous pouvez l’imaginer, les micro-réacteurs présentent des avantages évidents, mais ils posent également des défis en termes de développement et présentent certaines particularités sur le plan économique.
Les principaux avantages des micro-réacteurs sont les suivants :
1. Faibles émissions de dioxyde de carbone, ce qui en fait une source d’énergie propre, du moins en termes d’émissions de gaz à effet de serre.
2. Leur taille réduite, du moins par rapport à celle des centrales nucléaires. Cela leur permet d’être connectés à un micro-réseau pour produire de 1 à 20 MWe. Les micro-réacteurs sont principalement conçus pour fournir de la chaleur industrielle pour des applications industrielles, alimenter des villages isolés où le réseau électrique n’est pas disponible ou pour des installations militaires qui ont besoin d’une source de chaleur et d’énergie fiable. Les micro-réacteurs peuvent constituer une option pour rétablir rapidement l’électricité dans les zones touchées par des catastrophes naturelles (par exemple après un tsunami, un ouragan ou un tremblement de terre) ou pour l’aide humanitaire, par exemple pour soutenir les hôpitaux ou l’approvisionnement en eau des communautés locales. Grâce à leur petite taille, la plupart des composants peuvent être assemblés en usine (modularité). Cela permet d’augmenter la vitesse de production, de réduire les coûts d’investissement et les délais d’installation sur site, éliminant ainsi certains des problèmes typiques des centrales nucléaires. En résumé, les micro-réacteurs peuvent fonctionner là où les réacteurs de grande taille ne le peuvent pas. Ils constituent une alternative lorsqu’une source d’énergie propre à coût modéré est nécessaire à la place d’un réacteur de grande taille.
3. La structure de l’installation est plus simple. Par exemple, la technologie des tubes de chaleur permet de développer une structure compacte et simple, en évitant les pompes de refroidissement du réacteur et tous les systèmes auxiliaires associés. La charge thermique peut être régulée, ce qui permet une adaptation autonome plus facile à la charge et, grâce à la température de fonctionnement élevée, il est possible d’obtenir une conversion de puissance plus efficace. Certains projets adoptent des systèmes de sécurité passifs qui préviennent le risque de surchauffe ou de fusion du cœur. En outre, plusieurs modèles de micro-réacteurs garantissent une longue durée de vie du cœur, capable de fonctionner sans ravitaillement pendant 10 ans ou plus. Cela réduit la probabilité d’accidents liés à la manipulation et au déplacement du combustible et, idéalement, augmente le facteur de capacité. La combinaison de toutes ces caractéristiques permet de concevoir des opérations semi-autonomes et des installations autorégulées dans un boîtier de sécurité robuste et bien défini. De plus, certains modèles de micro-réacteurs ne nécessitent que peu de personnel sur place pour assurer leur fonctionnement. Pour la maintenance du module, il est prévu de le renvoyer périodiquement à l’usine pour inspection et révision.
4. Facilité d’installation sur site. Les micro-réacteurs peuvent être connectés et produire de l’énergie en quelques jours, ce qui représente une réduction considérable du temps de mise en œuvre par rapport aux centrales nucléaires qui nécessitent généralement plusieurs années. En outre, ils peuvent être facilement et rapidement retirés du site et remplacés par de nouveaux ou transportés vers un autre site. Cette caractéristique est utile pour réduire les délais et les coûts d’installation, qui sont importants pour les centrales nucléaires, et rend les micro-réacteurs uniques en raison de la possibilité de les utiliser dans des zones qui ont besoin de rétablir l’électricité en cas de catastrophe naturelle ou de panne du réseau. De nombreux micro-réacteurs sont conçus pour s’adapter aux conteneurs ISO standard. Cela facilite leur transport par rail, camion, bateau et même avion-cargo. La facilité de transport et d’installation des micro-réacteurs (déjà alimentés) de l’usine au site d’exploitation soulève également certaines questions relatives à la réglementation et aux contrôles pendant la phase de transport.
Les principaux défis pour les micro-réacteurs sont essentiellement au nombre de trois.
1. Les centrales nucléaires existantes fonctionnent avec de l’uranium 235 enrichi généralement à 5 %. Cependant, un enrichissement plus important est nécessaire pour obtenir des dimensions plus réduites avec un rapport puissance/volume plus élevé et une période de recharge plus longue. C’est là qu’intervient le HALEU, qui pourrait atteindre un enrichissement compris entre 5 % et 20 %. On prévoit également que le HALEU permettra d’optimiser le système pour une plus grande durée de vie du cœur et d’augmenter l’efficacité et une meilleure utilisation du combustible. Cependant, il n’est actuellement pas disponible à grande échelle. Par conséquent, des recherches et des investissements importants sont encore nécessaires dans ce domaine.
2. Utilisant le combustible HALEU, très rare et précieux, les micro-réacteurs représentent un risque accru en termes de sécurité et de prolifération par rapport aux centrales nucléaires. En effet, l’utilisation de HALEU ou de combustibles plus enrichis rend ces installations plus intéressantes pour les programmes d’armement, car elle réduit le travail nécessaire pour obtenir de l’uranium adapté à la fabrication d’armes. En outre, si la technologie des micro-réacteurs connaît le succès et donne naissance à un marché à grande échelle, plusieurs unités pourraient être réparties dans le monde entier et dans des endroits reculés. Le nombre de micro-réacteurs pourrait être potentiellement beaucoup plus élevé que celui des centrales nucléaires, ce qui rendrait le contrôle de chaque unité beaucoup plus complexe. Il est probable que la zone de contrôle d’un micro-réacteur sera beaucoup plus petite que celle d’une grande centrale nucléaire et que les mesures de sécurité pourraient également être moins strictes. Par conséquent, le risque de vols potentiels de matières radioactives pourrait augmenter. Enfin, l’absence d’un bâtiment de confinement comme celui qui est normalement prévu pour les grandes centrales nucléaires pose la question de savoir comment faire face à l’impact d’un avion ou d’un drone.
3. Les micro-réacteurs posent un problème en termes de réglementation et d’autorisations de conception et de fabrication. Les micro-réacteurs devraient être conçus, fabriqués, détenus et exploités avec des équipements et des services qui produisent de l’énergie et de la puissance pour des applications spécifiques, comme expliqué précédemment. Il est donc essentiel d’accorder une attention particulière aux paramètres de fonctionnement des micro-réacteurs afin d’identifier l’autorité de réglementation compétente. En particulier, de nouvelles réglementations ou des modifications des réglementations existantes pourraient être nécessaires pour le processus d’autorisation. Par exemple, les réglementations applicables aux grandes centrales nucléaires définissent la présence des travailleurs dans la salle de contrôle. Si un micro-réacteur est conçu pour permettre un contrôle à distance et avoir des travailleurs hors site, une modification des réglementations pourrait être nécessaire. En ce qui concerne le transport des modules du réacteur alimentés vers et depuis des sites d’utilisation dispersés, des règles supplémentaires seront nécessaires. En effet, les méthodes actuelles d’évaluation de la sécurité ou les critères d’acceptation n’ont pas été pris en compte pour garantir la sécurité des modules d’un micro-réacteur (déjà alimenté en usine) pendant le transport et la mobilisation/démobilisation des modules sur des sites très éloignés. Trois aspects principaux sont liés à l’octroi des licences. (i) Premièrement, le micro-réacteur peut être construit et assemblé dans l’usine de production du réacteur, puis expédié vers le site sélectionné. De cette manière, le combustible devra être expédié vers l’usine de production de l’installation et chargé dans le réacteur dans cette usine. Il est donc nécessaire de concevoir des conteneurs pour le transport du combustible qui soient également capables de contenir l’ensemble du réacteur qui, une fois alimenté, se déplacera avec le combustible à bord. (ii) Deuxièmement, le micro-réacteur doit être transporté de l’usine de production vers le site sélectionné et la possibilité de le ramener à l’usine doit être prise en compte. Dans ces situations, le combustible doit rester confiné dans le module du réacteur afin de faciliter le déplacement. (iii) Troisièmement, les micro-réacteurs peuvent être conçus comme des installations temporaires ou semi-permanentes. Il est donc nécessaire d’étudier une méthode polyvalente, robuste et évolutive pour la caractérisation du site, l’évaluation environnementale, la gestion des urgences, etc.
Enfin, l’analyse économique peut nous permettre de comprendre si les micro-réacteurs sont compétitifs. Pour le déterminer, nous devons tout d’abord comprendre combien coûte la production d’un MWe avec un micro-réacteur, ce qui se fait à l’aide d’un exercice de comptabilité analytique qui attribue à chaque MWe tous les coûts directs et indirects, fixes et variables liés au micro-réacteur. Le Nuclear Energy Institute (2019) a proposé d’utiliser le coût actualisé de l’électricité (LCOE) comme élément de comparaison. Le LCOE est estimé sur la base de certaines hypothèses. Le coût se réfère à une installation comprenant deux micro-réacteurs de 5 MWe, pour une capacité totale de 10 MWe, et suppose une durée de vie opérationnelle de 40 ans avec rechargement du combustible ou remplacement du cœur du réacteur tous les 10 ans.
En outre, on suppose que les micro-réacteurs sont situés à proximité de grandes centrales électriques existantes, où ils seraient en mesure de maintenir un facteur de capacité de 95 %. En effet, dans un micro-réseau, le micro-réacteur pourrait ne pas fonctionner en permanence à sa puissance maximale. Les coûts d’ingénierie du site et de licence/autorisation sont inclus dans les coûts d’investissement.
Les coûts sont également influencés par des facteurs liés aux conditions d’installation (accessibilité des transports, conditions météorologiques, climatiques, conditions de travail) et par des facteurs liés à la conception des micro-réacteurs (technologie, conception de l’installation de soutien). Le type d’organisation propriétaire des micro-réacteurs (privée ou publique) et la disponibilité de garanties sur les prêts influencent également le coût du capital. En revanche, ils ne sont pas influencés par la nécessité d’infrastructures de transport ou de distribution supplémentaires, car celles-ci seront également nécessaires pour l’implantation d’autres technologies de production.
Enfin, il manque un terme de comparaison. À première vue, la comparaison se ferait spontanément avec les centrales nucléaires. Mais en réalité, ce n’est pas le concurrent le plus direct d’un micro-réacteur, mais plutôt les technologies actuellement utilisées dans les zones reculées. Dans ce contexte, les micro-réacteurs devraient être principalement comparés aux générateurs diesel de taille similaire, qui couvrent actuellement les applications prévues pour les micro-réacteurs. En outre, il convient de souligner qu’au coût prévu pour la production d’électricité, les micro-réacteurs sont également compétitifs par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelables distribuées, telles que les panneaux solaires installés sur les toits ou toutes les technologies de production d’énergie propre qui alimentent les communautés isolées.
Dans ce contexte, le tableau 3 résume bien une analyse économique comparative qui justifie les investissements qui sont réalisés et qui, espérons-le, seront réalisés à l’avenir dans cette technologie innovante.
Tableau 3. Comparaison entre les technologies à micro-réacteurs, les générateurs diesel et les sources renouvelables dans les micro-réseaux.
Nous espérons avoir démontré, en quelques pages, que ce thème d’investissement mérite non seulement d’être pris en compte dès maintenant, mais aussi d’être suivi et surveillé avec attention. Il ne s’agit pas simplement d’un investissement dans le nucléaire qui peut être réalisé en achetant des actions de sociétés actives dans la construction et la maintenance de centrales nucléaires (ce qui est également un sujet très intéressant). Il s’agit plutôt d’un nucléaire de niche qui résout des problèmes difficilement abordables à ce jour avec une centrale nucléaire et qui, pour cette raison, présente l’avantage et la valeur de la complémentarité.
Avertissement
Cet article exprime l’opinion personnelle des collaborateurs de Custodia Wealth Management qui l’ont rédigé. Il ne s’agit pas de conseils ou de recommandations d’investissement, ni de conseils personnalisés, et il ne doit pas être considéré comme une invitation à effectuer des transactions sur des instruments financiers.
