MIMOSA

MultI-recycling strategies of LWR SNF focusing on MOlten SAlt technology

Horizon Europe

Agrément n° 101061142

Démarrage : 2022

Fin : 2026

Le projet MIMOSA est un projet européen HORIZON-Euratom démarré en 2022 et sélectionné sur l'appel à projets NRT-01-03 Multi-recyclage des combustibles usés des réacteurs à eau légère (REL). Il est coordonné par ORANO avec des partenaires tels que le laboratoire SUBATECH (sous la triple tutelle de l'Institut Mines-Télécom à travers son école, IMT Atlantique, l'Université de Nantes et le CNRS avec l'Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3) comme institut principal). Le projet durera 4 ans et le financement de l'UE est d'environ 6,9 millions d'euros. Le projet MIMOSA concevra et démontrera une stratégie intégrée de multi-recyclage du plutonium et de l'uranium combinant des options de multi-recyclage dans les réacteurs à eau légère avec le recyclage du Pu et d'autres transuraniens aujourd'hui considérés comme des déchets dans les réacteurs à sels fondus chlorures.

Contexte du projet

À une époque où les préoccupations environnementales et la rareté des ressources sont de plus en plus importantes, la fermeture du cycle du combustible, qui réduit l'empreinte des déchets radioactifs et les besoins en ressources naturelles, renforce une stratégie durable en matière d'énergie nucléaire. Cela implique le retraitement des combustibles nucléaires usés et l'extraction d'éléments qui peuvent être (ré)utilisés. Alors que l'Union Européenne a la part la plus importante du retraitement des combustibles nucléaires usés dans le monde, dû à la politique française de cycle fermé du combustible, la plupart des combustibles usés à base d'oxyde d'uranium (UOX) sont aujourd'hui déclarés comme des déchets.

Le multi-recyclage du plutonium serait un moyen pour atteindre le plein potentiel de l'énergie nucléaire. Le multi-recyclage dans les Réacteurs à Eau Légère (REL) est déjà à l'étude en France. Le multi-recyclage dans les réacteurs à eau légère (REL) est une solution tangible, mais qui présente certaines limites liées à la dégradation de la composition isotopique du plutonium (Pu) et à la production d'actinides mineurs (AM). Des améliorations dans la conversion des isotopes du Pu et des MA en produits de fission avec des demi-vies plus courtes pourraient être obtenues avec l'introduction de systèmes de réacteurs rapides avancés, parmi lesquels le réacteur à sels fondus utilisant des sels de chlorure (Cl MSRs) est une option particulièrement prometteuse.

Objectif du projet et pertinence

Le projet MIMOSA vise à développer une stratégie de multi-recyclage des combustibles usés des réacteurs à eau légère accessible et optimisée en termes de coûts et de risques, basée principalement sur le multi-recyclage du Pu et de l'uranium retraité dans les Réacteurs à Eau légère combinés aux Réacteurs à Sels Fondus au chlorure. Des infrastructures déjà disponibles dans l'UE, telle que l'usine de retraitement française, sera utilisée non seulement pour ses capacités existantes de traitement du combustible usé, mais aussi pour ses capacités de séparation du Pu et de conditionnement des déchets, sa compatibilité avec les sels de chlorure et, à l'avenir, pour ses capacités potentielles en matière de séparation des Actinides Mineures et de gestion des sels.

Cette stratégie sera également comparée à d'autres scénarios de multi-recyclage. MIMOSA se concentre plus spécifiquement sur la démonstration de plusieurs aspects clés de la faisabilité technique et de la performance des réacteurs de type Cl MSR. Ces études contribueront à accélérer le déploiement de cette technologie, sur la conversion du Pu et des actinides mineurs et sur la production d'isotopes à valoriser pour d'autres applications.

Approche

Dans l’approche envisagée, les réacteurs à sels fondus chlorure seront utilisés pour fissionner le Pu à faible teneur fissile et les Actinides Mineurs (AM) à partir de combustible multi-recyclé provenant de parcs de réacteurs à eau légère. Le sel combustible sera fabriqué et recyclé dans une usine de retraitement comme celle d'Orano à La Hague, utilisée en plus de ses capacités existantes de traitement du combustible des réacteurs à eau légère (y compris le combustible MOX usagé), pour ses capacités de partitionnement du Pu et de conditionnement des déchets et sa compatibilité avec les sels de chlorure. Ceci pourrait être complété à l'avenir par une étape de séparation avancée du AM ou du Pu+AM, cf Figure 1.

Fig 1 : MIMOSA overall concept

Aujourd'hui, la maturité des réacteurs à sels fondus au chlorure est peu développée. C'est pourquoi le projet MIMOSA cherchera également à démontrer plusieurs aspects clés de faisabilité technique et de performance en :

développant de voies de synthèse du sel combustible de chlorure pour une utilisation à l'échelle industrielle
sélectionnant et qualifiant de la composition optimisée du sel combustible vis à vis des propriétés thermo-physiques.
qualifiant des matériaux innovants, de nouvelles méthodes de surveillance et d'atténuation de la corrosion et de contrôle des situations accidentelles
étudiant les procédés pyro-chimiques pour recycler le Pu et les actinides mineurs
étudiant de nouvelles méthodes de gestion des produits de fission potentiellement valorisables : retrait, élimination, extraction et purification
qualification des codes couplant la neutronique et la thermohydraulique

Rôle de l’école et des écoles partenaires de l’IMT

Subatech est impliqué dans le Work Package 3 consacré aux simulations de l'évolution isotopique du sel combustible. Ces résultats contribueront aux scénarios du cycle du combustible, à l'évaluation de la sûreté et les études sur la valorisation de certains produits de fission. Le WP3 évaluera le comportement des reéacteurs à sels fondus chlorure en ce qui concerne l'évolution de la composition des sels fondus, la neutronique et la thermo-hydraulique: performance des réacteurs à sels fondus en termes de conversion du Pu et des actinides mineurs (WP1), gestion du sel de combustible usé (WP5), valorisation de certains isotopes (WP6), impact sur la sûreté du réacteur, la radioprotection et les principaux aspects de l'exploitation.

Les résultats attendus sont les suivants :

Composition isotopique des sels de combustible usé,
Propriétés neutroniques des sels chlorure par rapport aux sels de fluorure,
Puissance résiduelle et radiations produites par le combustible usé
Comparaison de trois approches pour évaluer l'impact de la variation de la fraction de neutrons retardés et de la présence de régions non-critiques sur la sûreté du réacteur.

Participants/partenaires académiques et industriels français et étrangers

ORANO SUPPORT, France (Coordinator)
CENTRUM VYZKUMU REZ SRO, Czechia
TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT, Netherlands
THORIZON HOLDING BV, Netherlands
STICHTING NEDERLANDSE WETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK INSTITUTEN, Netherlands
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS, France
LISTO BVBA, Belgium
ARTTIC, France
NUCLEAR RESEARCH AND CONSULTANCY GROUP, Netherlands
ELECTRICITE DE France, France
JRC -JOINT RESEARCH CENTRE- EUROPEAN COMMISSION, Belgium

Third party Institutes

INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, France
INSTITUT MINES-TELECOM ATLANTIQUE, France

Le CNRS coordonne le projet pour les 3 laboratoires impliqués du CNRS/IN2P3 : LPSC, IJCLAB, SUBATECH (Triple tutelles : CNRS-IN2P3, IMT Atlantique, Université de Nantes) avec pour SUBATECH un enseignant chercheur de IMT Atlantique responsable local du projet MIMOSA et de la tâche T3.1.

Résultats attendus

Subatech est responsable de la tâche T3.1 sur l'évolution isotopique du sel combustible pour les concepts de réacteurs à sels fondus retenus (Partenaires : CNRS, IMT Atlantique, Grenoble INP, Orano, Thorizon, EDF).

Livrable sur le mois 30 du projet pour Subatech

D3.1 : (Mois 30) Calculs d’évolution de la composition isotopique du sel combustible, de la puissance résiduelle et du débit de dose