fr.wedoany.com Rapport : Dans le domaine de l'énergie nucléaire, « CF » est l'identifiant exclusif de « Chinese Fuel », représentant les assemblages de combustible nucléaire dotés d'une propriété intellectuelle totalement indépendante de la Chine. L'assemblage de combustible nucléaire constitue la première barrière de sécurité. Avant l'apparition de la série CF, les assemblages de combustible nucléaire de la Chine dépendaient pendant longtemps de la transformation de technologies étrangères.
« Sans combustible autonome et contrôlable, le "Hualong One" ne pourrait pas sortir du pays », a déclaré Jiao Yongjun, scientifique en chef du CNNC et concepteur en chef du combustible CF. Face aux difficultés, la China National Nuclear Corporation (CNNC) a insisté sur le principe « l'industrie pose les questions, la science et la technologie y répondent », en coordonnant le Nuclear Power Institute of China (NPIC), spécialisé dans la recherche et le développement, la Western New Zirconium Technology Co., Ltd. (Western New Zirconium), qui s'attaque aux matériaux clés, et la CNNC Jianzhong Nuclear Fuel Components Co., Ltd. (CNNC Jianzhong), spécialisée dans la fabrication intelligente, formant ainsi une chaîne complète et entièrement écologique d'autonomisation du combustible nucléaire, de l'innovation à la source à la mise en œuvre industrielle. Actuellement, le nouvel assemblage de combustible CF3 est entièrement adapté aux centrales nucléaires « Hualong One ». Avec l'application à grande échelle de la série CF, le « cœur chinois » continue d'alimenter la sécurité, la stabilité et le développement de haute qualité de l'énergie nucléaire chinoise.
« L'industrie pose les questions » : Développer le « cœur chinois » des centrales nucléaires
Sans assemblage de combustible nucléaire, une centrale nucléaire est « un réacteur sans cœur ». Jiao Yongjun a déclaré : « La chaîne industrielle du combustible nucléaire est le maillon le plus important et le plus crucial de l'autonomisation de l'énergie nucléaire. Pour passer d'un grand pays nucléaire à une puissance nucléaire et devenir un leader mondial de la science et de la technologie nucléaires, le secteur du combustible nucléaire est un domaine clé qui doit être priorisé et où des percées doivent être réalisées. »
En réalité, la recherche et le développement du combustible nucléaire en Chine n'ont pas commencé tardivement. Cependant, dans l'ensemble, l'industrie chinoise du combustible nucléaire a longtemps été confrontée à une double difficulté : premièrement, le « goulot d'étranglement » des matériaux. La sécurité et la fiabilité des assemblages de combustible dépendent en grande partie du gainage en alliage de zirconium, un matériau longtemps dépendant des importations, ce qui constitue une contrainte majeure pour le développement de l'industrie chinoise du combustible nucléaire. Deuxièmement, à l'exception de la centrale nucléaire de Qinshan Phase I, la Chine ne disposait pas de marque de combustible nucléaire autonome. Lorsque le « Hualong One », en tant que carte de visite nationale, s'apprêtait à se lancer à l'international, un problème concret s'est posé : exporter sans disposer d'assemblages de combustible nucléaire dotés d'une propriété intellectuelle indépendante.
L'industrie du combustible nucléaire étant dans une impasse, l'autonomisation est une priorité absolue à résoudre. Le CNNC a rapidement formé un consensus : la recherche, le développement et la production de combustible nucléaire autonome sont la seule voie pour garantir la « sécurité d'approvisionnement » de l'énergie nucléaire.
Cependant, l'autonomisation du combustible nucléaire ne peut être réalisée par une percée unique. L'ensemble de la chaîne de recherche, développement et production comprend de nombreux maillons clés, allant de la recherche fondamentale, la conception des produits de combustible, le développement des matériaux, aux expériences hors réacteur et en réacteur des assemblages de combustible, ainsi qu'aux inspections en cellules chaudes après expérience, sans oublier la conception de modèles de recherche et le développement de logiciels associés. Ces maillons doivent être « mis à niveau » de manière coordonnée pour permettre au combustible nucléaire de passer de la conception technique à l'application pratique.
Selon des informations obtenues par le journaliste auprès du CNNC, en 2010, avec le soutien des ministères et commissions nationaux concernés, le CNNC a rassemblé ses forces, connectant toute la chaîne industrielle de la recherche, du développement des matériaux à la fabrication, en coordonnant organiquement l'expertise technique du NPIC, l'alliage de zirconium de Western New Zirconium et les capacités d'assemblage final de CNNC Jianzhong, pour se concentrer sur le développement du « cœur chinois ». Le NPIC était responsable de la conception, Western New Zirconium des tubes en alliage de zirconium haute performance, et l'assemblage final était réalisé chez CNNC Jianzhong.
« La voie de l'innovation autonome du combustible nucléaire chinois se caractérise le plus clairement par le principe "l'industrie pose les questions, la science et la technologie y répondent" », a estimé Jiao Yongjun. Selon lui, la recherche et le développement d'assemblages de combustible nucléaire exigent des compétences techniques élevées, sont extrêmement difficiles et de longue durée, constituant un véritable bastion stratégique. « À l'époque, nous n'avions pas de marche arrière, il fallait seulement avancer ! »
En tant qu'unité responsable et chef de file technique pour le développement du combustible nucléaire de la série CF, le « cerveau le plus puissant » de la recherche et du développement de combustible nucléaire au niveau national – le NPIC – a pris l'initiative de mener la charge. À l'époque, une équipe de recherche et développement de plus de 500 personnes a entamé une innovation autonome, visant directement une série de défis techniques tels que la conception des assemblages de combustible, la préparation des matériaux clés et la validation des procédés de base.
La difficulté de développer et de fabriquer l'alliage de zirconium dépasse de loin l'imagination. Zhou Jun, directeur général et secrétaire adjoint du comité du Parti de Western New Zirconium, a expliqué que la fabrication du matériau nucléaire ne représente que la moitié du travail ; la véritable épreuve se situe dans la seconde moitié – sa capacité à fonctionner de manière stable une fois placé dans le réacteur. Auparavant, de nombreux matériaux avaient été fabriqués, mais n'avaient pas passé la validation en réacteur, s'arrêtant là.
Jiao Yongjun a déclaré que de nombreuses scènes lui reviennent encore clairement en mémoire. À l'époque, les expériences étaient menées dans de petits ateliers rudimentaires, où la vapeur envahissait l'espace et la chaleur était étouffante. Tout le monde était animé par une même détermination : briser les barrières des brevets étrangers et le monopole technologique, se libérer de la dépendance aux importations de matières premières. Il n'y avait qu'une seule pensée en tête : « Nous pouvons y arriver ! Tant que l'industrie a des besoins, nous nous engageons pleinement. C'est notre conviction inébranlable. Ces difficultés, nous les avons surmontées en tenant bon. »
« La science et la technologie répondent » : Une synergie de toute la chaîne industrielle
L'alliage de zirconium N36 est le matériau de gainage qui fait des assemblages de combustible de la série CF un « cœur chinois ». Sur le site de production de Western New Zirconium à Xi'an, le journaliste a constaté que le gainage en alliage de zirconium N36 est d'une qualité exceptionnelle, avec une surface lisse comme un miroir, reflétant clairement l'image lorsqu'on s'en approche, et des bords réguliers sans bavures.
« Le développement de l'alliage de zirconium est l'étape la plus difficile de la technologie du combustible, et la synthèse du N36 est encore plus ardue. Dans les matériaux d'alliage, le point de fusion du zirconium dépasse 1800 °C, celui du niobium atteint près de 2500 °C, tandis que celui de l'étain n'est que de 232 °C. Fondre des éléments aux points de fusion aussi disparates de manière homogène est aussi difficile que de "pétrir de la pâte dans un brasier" », a expliqué Jiao Yongjun.
Depuis que le CNNC a lancé la recherche scientifique sur la technologie de préparation industrialisée de l'alliage de zirconium N36, le NPIC a mis 8 ans et franchi 6 grandes étapes de recherche technique pour maîtriser avec succès une technologie de préparation industrialisée complète dotée d'une propriété intellectuelle indépendante. En 2017, Western New Zirconium a signé un contrat de transfert de technologie avec le NPIC pour entamer la mise en œuvre industrielle.
Zhou Jun a expliqué que les normes pour les matériaux nucléaires sont bien plus élevées que pour les autres matériaux industriels. La production de matériaux en zirconium N36 nécessite à la fois l'homogénéité et la précision, sans la moindre marge d'erreur. Prenons l'exemple de l'opération de coupe : la section du tube doit être lisse, perpendiculaire et sans bavure. Rien que pour cela, l'équipe a travaillé pendant 3 mois.
Ce parcours de percée a été semé d'embûches. À l'époque, la Chine ne disposait pas de ligne de production spécialisée pour l'alliage de zirconium, et certaines étapes ne pouvaient être réalisées que dans des conditions limitées. Face à des problèmes techniques clés, l'équipe technique se réunissait pour en discuter jusque tard dans la nuit. En novembre 2018, la bataille décisive de la synergie multipartite a été remportée : les premiers lots de tubes en alliage de zirconium N36 ont été livrés avec succès.
Actuellement, l'alliage de zirconium N36 détient 100 % de part de marché en Chine, devenant le seul matériau qualifié pour les assemblages de combustible des réacteurs « Hualong One » et « Linglong One », éliminant complètement la dépendance aux importations. Ce matériau peut supporter une combustion plus profonde, réduisant la quantité d'assemblages nécessaire, tout en offrant une résistance à la corrosion, à la déformation et une faible croissance sous irradiation, permettant un fonctionnement stable à long terme dans le réacteur. Comparé à ses homologues internationaux, son cycle de production est réduit d'un tiers.
Avec le matériau clé de l'alliage de zirconium N36, la ligne de production de combustible de CNNC Jianzhong à Yibin, dans le Sichuan, est devenue plus active : des bras robotisés saisissent les tubes de gainage en alliage de zirconium, y insèrent méthodiquement les pastilles de dioxyde d'uranium, et un assemblage de combustible nucléaire prend forme lentement. L'assemblage formé est ensuite transporté vers des équipements de contrôle pour une inspection de précision complète.
« Des premiers éléments combustibles de la centrale nucléaire de Qinshan aux assemblages CF3 du "Hualong One", ce site a été témoin de l'ensemble du parcours de développement de l'industrie chinoise du combustible nucléaire, du néant à l'existence, et de l'existence à l'excellence », a présenté Na Baoguo, directeur général adjoint de CNNC Jianzhong. Implantée à Yibin, dans le Sichuan, depuis 61 ans, CNNC Jianzhong est actuellement la plus grande base de fabrication d'éléments combustibles pour réacteurs à eau sous pression d'Asie, ayant produit et livré plus de 30 000 assemblages de combustible nucléaire, dont les performances globales des assemblages CF3 ont atteint le niveau avancé international.
Le journaliste a appris qu'après plus de dix ans de recherche collective, des percées doubles ont été réalisées dans les matériaux clés et les procédés de fabrication. Le CNNC a successivement développé et fabriqué avec succès des séries de combustible telles que CF2 et CF3, établi un système complet d'application industrielle de combustible autonome en Chine, réalisé un approvisionnement autonome localisé du combustible nucléaire, et créé son propre « cœur chinois ».
« La percée dans l'industrie du combustible nucléaire n'a jamais été le combat d'une seule unité ou d'une seule équipe, mais le résultat d'une collaboration synchrone entre de nombreux instituts de recherche, entreprises de fabrication et unités d'application à travers le pays », a estimé Jiao Yongjun. Selon lui, la raison la plus fondamentale pour laquelle les assemblages de combustible de la série CF ont pu réaliser un développement par bonds en si peu de temps est la synergie efficace de toute la chaîne industrielle.
Cette synergie coordonnée, orchestrée par le CNNC et mise en œuvre de manière concertée par les unités concernées, a formé une équipe avec une répartition claire des responsabilités, une collaboration étroite et un soutien mutuel, depuis l'itération technologique progressive dans les laboratoires du NPIC, jusqu'aux tubes de zirconium dans les ateliers de Western New Zirconium, en passant par les assemblages de combustible sur les chaînes de production de CNNC Jianzhong. C'est ce mécanisme de synergie de toute la chaîne qui a permis le développement réussi des assemblages de combustible de la série CF et la percée du développement de la chaîne industrielle du combustible nucléaire chinois.
Préparer l'avenir : Maintenir la ligne rouge absolue de la sécurité
Actuellement, le niveau technologique des produits chinois est comparable au niveau avancé international, et la Chine se trouve sur la même ligne de départ pour le développement des produits de nouvelle génération. Cependant, l'échelle du marché et le volume d'application des produits accusent encore un retard par rapport aux concurrents internationaux. Par conséquent, l'industrie chinoise du combustible nucléaire doit, tout en persévérant dans l'innovation scientifique et technologique, accélérer le rythme de l'application et de la promotion.
« Prudence, prudence, encore prudence. Sécurité, sécurité, encore sécurité. » Jiao Yongjun a souligné à plusieurs reprises que les matériaux nucléaires doivent atteindre une sécurité absolue. Il a indiqué que, bien qu'il souhaite voir les produits appliqués le plus rapidement possible, chaque étape ne peut être précipitée ; toute avancée dans l'industrie nucléaire doit être entreprise avec circonspection.
La sécurité est la ligne de vie de l'industrie nucléaire et le fondement de la compétitivité mondiale. Le CNNC place la sûreté nucléaire au plus haut niveau de priorité, produit selon les « normes de sûreté les plus élevées au monde », et a publié la norme d'entreprise « Système de responsabilité de sûreté nucléaire du CNNC », mettant en œuvre strictement les responsabilités de sûreté nucléaire à tous les niveaux et postes.
À l'échelle mondiale, les normes de contrôle de la sûreté nucléaire chinoises sont strictes, le système réglementaire est complet, et se situent au meilleur niveau mondial. Cela signifie également que les produits de combustible nucléaire, lors de leur promotion industrielle, doivent répondre à des exigences extrêmement élevées de maturité, de stabilité et de fiabilité à long terme. De l'échantillon qualifié à la stabilité des lots, de l'application de démonstration à l'approvisionnement à grande échelle, chaque étape doit passer par une validation rigoureuse pour garantir une « sécurité absolue ».
Actuellement, une vague de développement de l'énergie nucléaire mondiale émerge, et l'énergie nucléaire chinoise est également entrée dans une phase de développement accéléré. Selon les plans de développement nationaux, d'ici 2030 et 2035, la capacité installée d'énergie nucléaire en Chine devrait atteindre respectivement 110 GW et 150 GW. Parallèlement, la Chine a adhéré à la « Déclaration de triplement de l'énergie nucléaire », s'engageant à tripler sa capacité nucléaire installée d'ici 2050 par rapport à 2020.
S'appuyant sur les vastes opportunités du marché, le CNNC, en prenant comme point d'appui les technologies nucléaires de nouvelle génération telles que le « Hualong One » 2.0, fait progresser simultanément l'itération et la mise à niveau des assemblages de combustible avancés CF, maintenant une résonance de fréquence entre la technologie et le type de réacteur. Parallèlement, les résultats technologiques clés accumulés dans le domaine du combustible nucléaire sont appliqués à des domaines tels que l'aérospatiale, prenant racine et créant de la valeur dans davantage de scénarios d'application.
Tourné vers l'avenir, le cœur de la compétition de la technologie du combustible nucléaire chinois se concentrera sur deux directions principales : la « combustion élevée » et la « rupture zéro ». Jiao Yongjun a expliqué qu'il s'agit de rechercher une combustion plus élevée, une meilleure sécurité et fiabilité, de réaliser une « rupture zéro » des assemblages de combustible, et de promouvoir la mise à niveau continue de la technologie du combustible nucléaire. « Nous continuerons à répondre à cette "question" ! »
Comment répondre aux exigences de performance ultra-élevée de la « sécurité absolue » ? Comment accélérer la promotion et l'application des produits et élargir la taille du marché ? Comment combler les lacunes des installations d'essais clés ? Ce sont autant de nouveaux sujets à aborder pendant la période du « Quinzième plan quinquennal ».
Le journaliste a appris du CNNC que, dans les prochaines étapes, le CNNC se concentrera sur l'industrie du combustible nucléaire, continuera à promouvoir l'itération et la mise à niveau des assemblages de combustible de la série CF, approfondira l'itération et l'optimisation de l'alliage de zirconium N36, et développera de nouveaux matériaux de gainage résistants aux accidents. Parallèlement, il comblera les lacunes des installations d'essais clés, favorisera l'intégration profonde de la numérisation, de la fabrication intelligente avec la recherche, le développement et la fabrication du combustible nucléaire, construira une capacité d'approvisionnement en combustible diversifiée et à spectre complet, afin que le « cœur chinois » fournisse une impulsion puissante et continue pour que la Chine passe d'un grand pays nucléaire à une puissance nucléaire.
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