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Un véritable cœur de réacteur nucléaire imprimé en 3D

Un laboratoire américain de recherche sur l’énergie a mis au point une technique afin de pouvoir imprimer en 3D un cœur de réacteur nucléaire. Si tout se déroule comme prévu, le réacteur pourrait être opérationnel d’ici 2023.

Un coeur de réacteur nucléaire imprimé en 3D
Crédits : ORNL

L’impression 3D révolutionne les processus de fabrication. Grâce à elle, le laboratoire national américain d’Oak Ridge (ORNL) a réussi à mettre au point un cœur de réacteur nucléaire grâce à l’impression par fusion sélective par laser ou SLM. Cela consiste en la dépose de couches de poudre métallique. Ensuite, un laser vient créer une température extrêmement élevée pour faire fondre ce métal et ainsi l’ajouter aux couches inférieures.

40 ans d’expérience au service de ce nouveau réacteur

Oak Ridge est le plus grand laboratoire américain concernant la recherche sur l’énergie, à la fois en taille et en budget. Nous l’avions mentionné quand son super-ordinateur avait été utilisé pour la recherche d’un traitement contre le coronavirus. Créé en 1943, il a été au centre du Projet Manhattan qui aboutit à la mise au point des bombes atomiques lâchées sur Hiroshima et Nagasaki. C’est au sein d’ORNL qu’a été pour la première fois démontré qu’il était possible de créer du plutonium depuis de l’uranium enrichi.

Les travaux sur l’énergie atomique n’y ont depuis jamais cessé. En 2019, les chercheurs d’ORNL ont réussi à accélérer la production de plutonium 238 de 50 à 400 grammes par an, se rapprochant ainsi de l’objectif de la NASA. Il faudrait 1,5 kg par an pour rendre possible le voyage spatial par propulsion nucléaire. Depuis sa création, ce ne sont pas moins de 13 réacteurs nucléaires qu’a mis au point le laboratoire, répondant à divers besoins de production d’énergie, mais aussi d’isotopes.

L’impression 3D pour accélérer la fabrication

Ce 14e réacteur, nommé TCR pour Transformational Challenge Reactor, utilisera du nitrure d’uranium comme carburant. Il est destiné à remplacer à terme les centrales nucléaires qui produisent 20 % de l’électricité des États-Unis. Son avantage repose sur la relative simplicité de son design lui garantissant faible coût, fiabilité, sécurité et rapidité de déploiement. Pour mettre au point le cœur du réacteur, les chercheurs ont utilisé et amélioré la technologie d’impression 3D SLM utilisant un puissant laser pour fondre la poudre de métal à 1400 degrés.

Il aura fallu 40 heures seulement pour fabriquer la structure hexagonale. Le cœur ainsi créé se composera d’une structure en acier inoxydable 316L qui vient s’entrelacer avec des éléments modérateurs en yttrium. L’utilisation de cette terre rare permet de réduire la quantité d’uranium faiblement enrichi nécessaire pour atteindre la criticité, c’est-à-dire la réaction en chaîne de fission nucléaire. Cette technologie pourrait être utilisée dans les missions spatiales en version réduite.

Source : ORNL