Développer la capacité nucléaire du Royaume-Uni

L'énergie nucléaire fonctionne au Royaume-Uni depuis des décennies et elle ne devrait s'accélérer que sur une trajectoire ascendante à l'avenir. En avril 2022, le gouvernement britannique a annoncé la stratégie britannique de sécurité énergétique, après une décennie fructueuse au cours de laquelle il a approuvé la première centrale nucléaire en une génération et a multiplié par cinq les énergies renouvelables. Parmi les promesses telles que l'augmentation considérable de la production d'hydrogène, la Stratégie a défini une variété de mesures pour améliorer sa capacité de production d'énergie nucléaire. Une déclaration sur la stratégie du Premier ministre Boris Johnson disait: "Nous adoptons la nouvelle génération de réacteurs nucléaires sûrs, propres et abordables, ramenant le Royaume-Uni à la prééminence dans un domaine où nous dominions autrefois le monde." Le communiqué ajoute que le gouvernement "investira massivement dans l'énergie nucléaire".

La stratégie s'appuie sur le plan en dix points du gouvernement pour une révolution industrielle verte, décrivant des approches pour soutenir les emplois verts et accélérer la voie du Royaume-Uni vers le net zéro. Le plan détaille que le Royaume-Uni poursuit l'énergie nucléaire à grande échelle et cherche à faire progresser l'avenir du nucléaire en investissant davantage dans les petits réacteurs modulaires (SMR) et les réacteurs modulaires avancés (AMR). Le plan comprend un fonds d'habilitation nucléaire futur de 120 millions de livres sterling pour faire progresser le nouveau nucléaire, un investissement de 210 millions de livres sterling pour développer des SMR avec Rolls-Royce et un investissement de 100 millions de livres sterling pour soutenir le développement de la centrale nucléaire Sizewell C d'EDF Energy dans le Suffolk. Une partie de cet investissement proviendra du Advanced Nuclear Fund à hauteur de 385 millions de livres sterling pour soutenir la prochaine génération de technologie nucléaire.

Avec l'essor de l'industrie nucléaire au Royaume-Uni, il est essentiel qu'il existe des installations de recherche et d'essai appropriées pour soutenir les entreprises sur le terrain. Le Nuclear Advanced Manufacturing Research Center (Nuclear AMRC), soutenu par les leaders de l'industrie et le gouvernement et détenu par l'Université de Sheffield, aide les fabricants britanniques à décrocher des contrats dans le secteur nucléaire - dans les nouvelles constructions, les opérations et le démantèlement - et dans d'autres industries critiques pour la qualité. Ses installations et ses services sont ouverts à tous.

Les ingénieurs et les spécialistes du secteur du centre travaillent avec les entreprises pour développer des techniques innovantes et des processus optimisés pour une fabrication de haute précision à grande échelle. Les entreprises peuvent utiliser les ateliers de pointe du Nuclear AMRC pour développer et tester de nouveaux procédés sur des machines à l'échelle de la production sans perdre de capacité dans leurs propres usines.

L'AMRC nucléaire fournit également une gamme de soutien au développement de la chaîne d'approvisionnement pour aider les fabricants à entrer sur le marché nucléaire et à être compétitifs dans le monde entier. Son programme phare Fit For Nuclear est un outil de diagnostic unique qui permet aux entreprises de mesurer leurs opérations par rapport aux exigences de l'industrie et de combler les lacunes.

En plus de son usine de recherche centrale sur le Advanced Manufacturing Park dans le South Yorkshire, le centre exploite une installation de R&D de modularisation à Birchwood Park et développe de nouvelles capacités technologiques à Nuclear AMRC Midlands à Derby. Il fait partie de High Value Manufacturing Catapult, une alliance nationale de sept centres de recherche manufacturiers de premier plan.

La plateforme d'innovation s'est entretenue avec Andrew Storer, PDG de l'AMRC nucléaire, pour en savoir plus sur les perspectives nucléaires actuelles et futures au Royaume-Uni et sur le rôle de l'AMRC nucléaire dans la poursuite du développement nucléaire.

Le paysage nucléaire au Royaume-Uni semble plus brillant qu'il ne l'a été depuis de nombreuses années. En tant que nation, nous nous engageons à réduire nos émissions de gaz à effet de serre à zéro net d'ici 2050, avec un objectif de décarbonation de la production d'électricité d'ici 2035. La seule façon réaliste d'y parvenir est de déployer l'énergie nucléaire aux côtés des énergies renouvelables, car le nucléaire est la seule technologie éprouvée de production à faible émission de carbone qui peut fournir une puissance de base fiable pour équilibrer la variabilité inhérente du vent, du solaire et des marées.

Il y a eu de nombreuses modélisations détaillées des voies potentielles vers le zéro net - par des organismes internationaux tels que le Groupe d'experts international sur l'évolution du climat et l'Autorité internationale de l'énergie, ainsi que des organismes britanniques tels que le Comité sur le changement climatique et Energy Systems Catapult - et tous montrent la nécessité du nucléaire dans le mix énergétique. Le gouvernement britannique l'a reconnu, avec un objectif de 24 GW de capacité nucléaire d'ici 2050 annoncé en avril dans le cadre de la stratégie britannique de sécurité énergétique.

Il y a environ 12 ans, lorsque l'AMRC nucléaire a été créé pour la première fois, il y avait des plans pour environ 19 GW de nouvelle capacité nucléaire au Royaume-Uni. Hormis Hinkley Point C d'EDF Energy, ces projets n'ont pas encore abouti, principalement en raison de difficultés financières. Dans le cadre de l'ancien modèle de contrats pour la différence introduit dans les années 2000, les développeurs de centrales devaient financer l'intégralité du coût de construction d'un projet nucléaire - des dizaines de milliards de livres sur une décennie ou plus - et ne commencer à percevoir des revenus que lorsque la centrale commence à produire de l'électricité. Ce n'est pas un profil d'investissement attrayant et le coût du financement a considérablement augmenté le coût total de la construction de Hinkley Point C.

Le Royaume-Uni a maintenant légiféré pour le modèle de financement de la base d'actifs réglementés (RAB) pour les projets d'énergie nucléaire. RAB est conçu pour fournir un profil d'investissement plus attrayant pour les grands projets d'infrastructure en fournissant un flux de revenus pendant la construction grâce à une petite surtaxe sur les consommateurs, réduisant ainsi le risque du projet pour l'investisseur.

L'autre grand changement que nous avons vu ces dernières années est l'émergence de petits réacteurs modulaires comme complément viable aux réacteurs à l'échelle du gigawatt, tels que les EPR Framatome en cours de construction à Hinkley Point. Plus petits et plus rapides à construire, les SMR devraient être plus attractifs pour les investisseurs institutionnels. Et, parce qu'ils sont conçus pour être fabriqués en usine, les fabricants pourront utiliser des techniques d'autres secteurs, comme l'aérospatiale, pour réduire les coûts et améliorer la productivité.

Nous constatons également un intérêt croissant pour d'autres nouvelles conceptions de réacteurs avancés, en particulier les réacteurs à haute température refroidis au gaz qui peuvent être utilisés pour une production efficace d'hydrogène à faible teneur en carbone et une décarbonisation industrielle d'ici les années 2040.

Il y a l'énergie de fusion - un domaine où le Royaume-Uni est véritablement un leader mondial. L'Autorité britannique de l'énergie atomique (UKAEA) travaille actuellement sur un prototype de centrale à fusion, le tokamak sphérique pour la production d'énergie (STEP), au début des années 2040. L'énergie de fusion commerciale sera la clé d'une énergie à faible émission de carbone illimitée dans la seconde moitié de ce siècle.

Il est vital que nous développions une infrastructure solide pour l'énergie nucléaire au Royaume-Uni - non seulement parce que nous devons décarboniser l'économie, mais parce qu'elle offre un plus grand degré de sécurité énergétique et nous libère des fluctuations sauvages des prix des marchés des combustibles fossiles.

Le Royaume-Uni possède des atouts tout au long du cycle de vie nucléaire. Nous pouvons fabriquer du combustible nucléaire – même si nous dépendons des importations d'uranium – et nous avons un secteur du démantèlement très bien établi et leader mondial. Aujourd'hui, nous avons plusieurs technologies de réacteurs appartenant à des intérêts nationaux en cours de développement, y compris le Rolls-Royce SMR et une variété de réacteurs modulaires avancés et de technologies de fusion.

Le développement du secteur de l'énergie nucléaire au Royaume-Uni apportera également d'importants avantages économiques dans tout le Royaume-Uni, plus que toute autre technologie énergétique. Ces avantages se feront sentir à l'échelle nationale – environ 90 % des emplois de l'industrie sont basés en dehors de Londres et du sud-est, et la valeur moyenne des emplois dans le nucléaire est environ le double de la moyenne nationale.

Notre mission à l'AMRC nucléaire est d'aider les fabricants britanniques à obtenir des contrats dans le secteur nucléaire. Nous le faisons de deux manières. Comme les autres centres de la High Value Manufacturing Catapult, nous proposons des innovations de fabrication pour aider les entreprises à optimiser leur production ou à développer de nouvelles capacités techniques qui peuvent améliorer la productivité tout en maintenant les normes de qualité les plus strictes. Nous travaillons également beaucoup sur le développement de la chaîne d'approvisionnement, pour nous assurer que les fournisseurs britanniques peuvent répondre aux exigences des projets nucléaires.

Du côté de la R&D de fabrication, nous nous concentrions à l'origine sur les aspects d'ingénierie mécanique de la nouvelle construction nucléaire. Cela signifie un usinage, un soudage, un revêtement et une métrologie à grande échelle, critiques pour la qualité, et notre usine de recherche de Rotherham abrite certaines des plates-formes d'usinage et des cellules d'assemblage les plus grandes et les plus avancées disponibles pour la recherche industrielle indépendante partout dans le monde. Ces dernières années, nous nous sommes développés dans de nouveaux domaines technologiques, notamment la modularisation, les commandes et l'instrumentation, l'ingénierie numérique et divers types de fabrication additive et de forme quasi nette.

Nous avons aidé certains de nos partenaires fondateurs à obtenir des gains de productivité vraiment significatifs. Par exemple, nous avons travaillé avec Rolls-Royce pour montrer que le temps d'assemblage d'un échangeur de chaleur complexe, comprenant quelque 5 000 tubes enfilés à travers 11 plaques, peut être réduit de moitié au moins. Nous avons aidé Sheffield Forgemasters à réduire de plus de 40 % le temps d'ébauche d'un grand forgeage nucléaire.

Dans le cadre d'une collaboration à long terme, nous avons travaillé avec des partenaires aux États-Unis pour démontrer que le soudage par faisceau d'électrons et d'autres techniques peuvent aider à réduire le temps de production d'un récipient sous pression SMR d'environ deux ans et demi à moins de 12 mois. L'une de nos plus grandes réalisations a été de montrer que le temps de soudage d'une section de cuve pouvait être réduit de 60 heures à une heure seulement, avec des économies d'énergie équivalentes à près de deux tonnes de CO2 par soudure.

Nous avons également beaucoup travaillé avec des partenaires du secteur du démantèlement nucléaire. Nous avons aidé Sellafield Ltd et ses fournisseurs à réduire le coût des conteneurs à déchets pour le stockage à long terme des déchets dangereux. Des dizaines de milliers de ces boîtes seront nécessaires pour déclasser les sites nucléaires hérités du Royaume-Uni, et nous avons démontré comment les changements de conception et les techniques de fabrication avancées pourraient permettre au contribuable d'économiser des centaines de millions de livres sur la durée de vie du programme. Nous examinons les exigences de fabrication de l'installation de stockage géologique proposée pour le stockage permanent des déchets, et nos chercheurs en instrumentation ont travaillé sur des capteurs intelligents qui peuvent surveiller l'état des conteneurs de déchets pendant des décennies en récoltant le rayonnement ambiant pour s'alimenter.

L'autre volet de notre travail consiste à développer la chaîne d'approvisionnement au Royaume-Uni, en aidant les fabricants à répondre aux exigences de l'industrie en termes de gestion de la qualité et de culture de la sécurité, ainsi qu'en capacités techniques. Nous collaborons également avec les développeurs de réacteurs et les meilleurs acteurs de l'industrie pour nous assurer que les nouvelles centrales électriques peuvent être fabriquées de manière rentable, avec autant de contenu britannique que possible.

Notre programme phare, Fit For Nuclear (F4N), a aidé environ 1 000 fabricants britanniques à mesurer leurs opérations par rapport aux normes de l'industrie et à prendre les mesures nécessaires pour combler les lacunes. F4N a connu un énorme succès et nous adaptons maintenant le modèle pour soutenir d'autres secteurs en croissance à faible émission de carbone, notamment les énergies renouvelables offshore, la capture du carbone et la production d'hydrogène.

Les entreprises avec lesquelles nous avons travaillé sur des programmes de chaîne d'approvisionnement nous ont dit que notre soutien les avait aidées à remporter 2,5 milliards de livres sterling de nouveaux contrats et à créer ou à préserver plus de 10 000 emplois. Ce n'est vraiment que la pointe de l'iceberg si vous regardez l'investissement dont nous avons besoin pour atteindre le zéro net et les opportunités pour les fabricants britanniques.

Une grande partie de notre travail de développement de la fabrication consiste à garantir que les nouveaux procédés de fabrication répondent aux exigences de la sûreté nucléaire. Le grand défi est que les codes et normes nucléaires internationaux spécifient souvent l'utilisation d'anciennes technologies de fabrication qui sont beaucoup moins productives, nous devons donc démontrer que ces nouvelles méthodes peuvent produire des composants qui seront au moins aussi sûrs et fiables pendant des décennies de service.

Dans certains cas, nous prenons une technique comme le soudage par faisceau d'électrons, qui est déjà bien établie dans d'autres secteurs comme l'aérospatiale ou la construction navale, et démontrons par des essais et des analyses rigoureux qu'elle peut répondre aux normes nucléaires. Dans d'autres projets, nous développons des méthodes plus innovantes pour façonner et assembler les alliages exotiques qui seront nécessaires aux réacteurs de fusion.

Nous examinons également les processus de fabrication durables qui peuvent réduire le coût environnemental de la production - par exemple, en passant d'énormes quantités de fluides d'usinage à base d'huile à des quantités beaucoup plus petites de liquide de refroidissement avancé, ou des techniques de soudage par faisceau de puissance qui peuvent joindre une section épaisse en un seul passage sans nécessiter de traitement thermique répété.

Dans un projet récent, nous avons travaillé avec Cavendish Nuclear et d'autres partenaires pour développer un système automatisé d'identification en temps réel des défauts de soudure. Cela peut changer la donne pour les fabrications à haute intégrité - en réduisant le temps d'inspection en heures, cela améliore la productivité, la certitude du calendrier et l'efficacité des ressources.

La sécurité est la priorité absolue de l'industrie de l'énergie nucléaire, et une grande partie de notre service F4N aide les fabricants à développer une bonne culture de la sécurité.

La Rolls-Royce SMR peut jouer un rôle énorme dans le voyage du Royaume-Uni vers des émissions nettes nulles. En tant que petit réacteur construit en usine, il est bien mieux adapté aux capacités actuelles de la chaîne d'approvisionnement nucléaire britannique, ce qui nous aidera à maximiser les avantages économiques de la transition énergétique.

Nous faisions partie du UK SMR Consortium qui a réalisé la première phase de développement, avec un financement de contrepartie de 18 millions de livres sterling du gouvernement. Notre travail s'est concentré sur la démonstration de la façon dont les techniques de fabrication avancées peuvent réduire les coûts d'investissement et le temps de production, dans des domaines tels que l'usinage portable, la propreté post-processus, le soudage et le placage, la mesure et la fabrication numérique.

En novembre dernier, nous avons accueilli le lancement de l'activité Rolls-Royce SMR avec un soutien gouvernemental de 210 millions de livres sterling assorti d'investissements privés. Nous continuons à nous concentrer sur le développement des capacités de fabrication du SMR, y compris la création d'une installation d'essai de pré-production entièrement intégrée pour la fabrication du SMR au sein de notre centre de Rotherham.

Nous produirons deux prototypes de fabrication avancés - un récipient à haute pression à l'échelle représentative, mesurant environ 6 m de long et pesant 27 tonnes, et une tête de fermeture de récipient à grande échelle d'environ 4,5 m de diamètre et d'une masse de 40 tonnes. Les deux seront produits à partir de pièces forgées fournies par Sheffield Forgemasters, et entièrement soudés et plaqués selon les normes de qualité nucléaire.

Ce seront quelques-unes des parties les plus importantes et les plus difficiles sur lesquelles nous avons travaillé et rassembleront de nombreuses technologies et techniques que nous avons développées au cours de la dernière décennie.

Essentiellement, notre tâche est d'aider à faire en sorte que la plus grande partie possible du SMR Rolls-Royce puisse être fabriquée dans des usines britanniques, de la manière la plus rentable possible, tout en respectant toutes les normes de qualité et de sécurité attendues par les clients et les régulateurs du nucléaire.

Andrew a été nommé directeur général de Nuclear AMRC en août 2017, après avoir initialement rejoint le centre en tant que directeur général 18 mois plus tôt. Auparavant, il a passé six ans en tant que directeur de programme pour l'activité nucléaire civile de Rolls-Royce, dirigeant l'engagement des clients et les offres avec les développeurs de nouvelles constructions. Avant de travailler dans le nucléaire civil, il était directeur général du support de la flotte de sous-marins, assurant la disponibilité en mer.

Il a commencé à travailler comme apprenti à l'Institut de l'énergie nucléaire (NEI) et a développé sa carrière à travers divers rôles d'ingénieur travaillant sur de grandes centrales électriques au charbon et au gaz, ainsi que la livraison de composants pour Sizewell B. Il représente l'AMRC nucléaire au Conseil de l'industrie nucléaire, dirige le programme de travail Winning UK Business dans le cadre de l'accord sur le secteur nucléaire et fait partie du groupe de pilotage du Great British Nuclear Vehicle annoncé dans la British Energy Security Strategy.

Il est membre du conseil d'administration de la Nuclear Industry Association et du Nuclear Innovation Research Advisory Board; représentant du Royaume-Uni et responsable des matériaux et de la fabrication au Forum international Génération IV ; et membre du groupe directeur de la cogénération nucléaire de la Royal Society. Il est professeur invité de fabrication nucléaire et de développement des capacités à l'Université de Sheffield.

Andrew Storer PDG Centre de recherche sur la fabrication avancée nucléaire https://namrc.co.uk https://www.linkedin.com/company/nuclear-amrc/ https://twitter.com/NuclearAMRC

Attention, cet article paraîtra également dans la onzième édition de notre publication trimestrielle.

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