fr.wedoany.com Rapport : La start-up américaine NX Atomics a conclu un partenariat avec Sciaky, basée à Chicago, pour utiliser la technologie de fabrication additive par faisceau d’électrons (EBAM) de Sciaky afin de produire des composants pour ses réacteurs modulaires de petite taille (SMR) à haute température. Il s’agit de la première application à grande échelle de cette technologie d’impression 3D industrielle lourde dans le secteur nucléaire commercial.

NX Atomics, dévoilée en mai dernier, prévoit d’intégrer la technologie EBAM de Sciaky dans sa chaîne de production de la plateforme de réacteurs VELA. La famille de réacteurs VELA est conçue pour contourner le réseau électrique traditionnel et fournir une électricité de base directe et une chaleur industrielle localisées, spécifiquement destinées aux usines lourdes et aux centres de données IA, avec un coût cible inférieur à 20 dollars par mégawattheure.

VELA utilise un système de refroidissement au plomb, combiné à un cœur à combustible métallique liquide hautement stable. Cette conception offre une sécurité intrinsèquement passive, un rendement énergétique élevé et élimine tout risque de fusion. Ce réacteur à combustible liquide refroidi au plomb dissout directement le combustible nucléaire dans une matrice métallique liquide, plutôt que d’encapsuler des pastilles de combustible solide dans des gaines métalliques. Le cœur fluide circule directement à travers la cuve du réacteur et est refroidi par un circuit indépendant de plomb fondu. La combinaison du combustible métallique liquide et du caloporteur en plomb pur permet au système de fonctionner à pression atmosphérique, la sécurité reposant sur les lois naturelles de la physique, sans risque d’explosion sous haute pression ni de fusion du cœur.

Le cœur physique du réacteur est une structure monolithique, spécialement conçue pour être fabriquée par le procédé EBAM de Sciaky, évitant ainsi les cycles de production de plusieurs mois des procédés traditionnels de forgeage et de coulée des métaux. Ce partenariat permet également de concevoir certains composants du réacteur pour qu’ils soient remplacés périodiquement selon un calendrier prévu, plutôt que d’avoir une durée de vie permanente. Cette approche réduit les dépenses d’investissement initiales et les coûts d’exploitation à long terme.

Le passage à la fabrication additive à grande échelle permet à NX Atomics de contourner les longs délais de livraison et les goulots d’étranglement de modification inhérents aux procédés traditionnels de forgeage et de coulée des métaux. Le procédé EBAM de Sciaky utilise un pistolet à électrons mobile entièrement articulé pour déposer couche par couche du fil métallique dans une chambre à vide. Ce système possède le plus grand espace de construction métallique en 3D au monde, capable de fabriquer des pièces jusqu’à 19 pieds de long, ce qui le rend idéal pour la production de grandes structures. Il est naturellement compatible avec des alliages de qualité nucléaire très durables tels que le titane, l’Inconel, l’acier inoxydable et le tantale.

« C’est à cela que ressemble vraiment la fabrication nucléaire à l’ère moderne », a déclaré John Warden, PDG de NX Atomics. « L’impression 3D nous permet de produire des composants de qualité nucléaire plus rapidement et à moindre coût, de les remplacer en fin de cycle de vie le cas échéant, et de réduire considérablement le coût unitaire de chaque petit réacteur modulaire que nous construisons. »

Grâce à la fabrication additive, NX Atomics estime pouvoir produire des composants plus rapidement et à moindre coût, et les concevoir, le cas échéant, comme remplaçables plutôt que permanents, réduisant ainsi les coûts d’investissement et d’exploitation de sa flotte de réacteurs. Les systèmes EBAM de Sciaky ont déjà produit des pièces structurelles en titane et en alliages spéciaux pour des clients tels qu’Airbus, Lockheed Martin, la marine américaine et la NASA. Dans les secteurs aérospatial et de la défense, l’EBAM et les technologies additives associées sont passées du stade de prototype à la production à plein régime au cours de la dernière décennie.

« Sciaky a développé, depuis plus de quatre-vingts ans, des technologies de fabrication métallique sur lesquelles s’appuient les industries les plus exigeantes au monde », a déclaré John Criso, PDG de Sciaky. « Les pièces produites par notre procédé EBAM équipent des avions commerciaux, des navires de guerre et des engins en orbite terrestre. S’associer à NX Atomics pour apporter cette capacité aux infrastructures d’énergie propre américaines est une étape naturelle, et nous sommes fiers que deux entreprises du Midwest mènent cette transformation. »

NX Atomics s’est fixé un calendrier ambitieux. La feuille de route de commercialisation de la plateforme de réacteurs VELA comprend quatre phases clés, allant de la validation de la fabrication additive au déploiement sur site. En exploitant le procédé EBAM de Sciaky, NX Atomics vise à comprimer le cycle standard de développement nucléaire de dix ans en une période plus courte.

La première phase (18 prochains mois) comprend l’impression du premier composant de cœur structurel à échelle réduite à l’aide du système EBAM à haute cadence de Sciaky, afin de valider l’intégrité structurelle sous vide. Les structures imprimées en Inconel et en titane du réacteur seront soumises à des tests de contrainte thermique pour simuler les conditions de fonctionnement du système de refroidissement au plomb. Les premières données de fabrication issues des jumeaux numériques seront soumises aux autorités de régulation nucléaire afin d’établir une voie d’autorisation pour les enceintes de confinement imprimées en 3D.

La deuxième phase (2 à 3 ans) comprendra la construction d’une boucle d’essai non nucléaire à pleine échelle utilisant une architecture de composants modulaires. Le caloporteur en plomb non radioactif circulera à la température de fonctionnement à travers le cœur structurel monolithique imprimé pour tester les performances hydrodynamiques. Le modèle de remplacement modulaire sera validé en remplaçant les pièces imprimées après des périodes de contrainte simulée à forte usure.

La troisième phase (objectif : 4 à 5 ans) finalisera les bases de sûreté de la matrice de combustible métallique liquide à l’intérieur de la cuve imprimée par Sciaky. Le premier module de réacteur VELA entièrement opérationnel et prêt à être connecté au réseau sera construit. Les autorisations réglementaires locales pour le déploiement hors réseau sur des sites industriels cibles seront obtenues.

La quatrième phase (objectif : plus de 6 ans) verra les premières unités VELA commerciales déployées directement à côté de centres de données IA et d’installations de fabrication lourde. Une chaîne d’assemblage d’impression 3D continue sera lancée pour fabriquer simultanément plusieurs structures de cœur VELA. L’échelle opérationnelle sera augmentée pour atteindre l’objectif de fourniture d’énergie à faible coût pour les micro-réseaux industriels.

La technologie de refroidissement au plomb présente de nombreux défis. Les réacteurs refroidis au plomb doivent fonctionner à des températures de base significativement plus élevées pour empêcher la solidification du caloporteur. Aux températures élevées requises pour le plomb pur, le métal liquide est très corrosif et dissout violemment le nickel et le chrome des aciers de structure standard. La gestion de ce problème nécessite un système de contrôle actif précis de l’oxygène pour maintenir une couche d’oxyde protectrice à la surface du métal.

La Russie construit le premier réacteur à neutrons rapides refroidi au plomb au monde, le BREST-OD-300, dont la mise en service est prévue pour la fin des années 2020. La fenêtre de six ans envisagée par NX Atomics exige une exécution parfaite, un soutien financier immédiat et un changement de paradigme réglementaire. Même l’atteinte de la quatrième phase avec une alimentation électrique commerciale au début des années 2030 serait considérée comme un exploit d’ingénierie historique.

Le développement du BREST n’a pas été lancé récemment ; il est le fruit de plus de 30 ans de recherche continue. Pour le rendre viable, la Russie a mis en place tout un écosystème industriel spécialisé, utilisant les réacteurs expérimentaux BOR-60 et BN-600 ainsi que d’autres installations spécialisées, pendant des décennies pour valider son combustible et ses composants. Ce projet repose sur des financements gouvernementaux de plusieurs milliards de dollars pour son développement.

En réalité, NX Atomics parie que l’utilisation de matériaux spéciaux imprimés par EBAM de Sciaky, comme le tantale ou l’Inconel, peut contourner les problèmes de corrosion, et que sa stratégie de « pièces jetables ou remplaçables » élimine le besoin de faire survivre les composants dans un environnement de plomb liquide pendant plus de 30 ans. La question de savoir si le capital-risque privé et la fabrication additive moderne peuvent remplacer des décennies de recherche financée par l’État reste une incertitude majeure.

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