Pour résoudre le problème de coût, les chercheurs d’Oak Ridge, le plus grand laboratoire national de science et d’énergie du système du ministère de l’Énergie, peaufinent leur conception d’un tuyau de gaz imprimé en 3D vers le cœur du réacteur qui peut utiliser la fabrication additive à grande échelle pour la construction. Le prototype est un réacteur «micro» de trois mégawatts.

En utilisant une méthodologie d’impression 3D, développée lors d’un programme précédent, elle peut imprimer en utilisant du carbure de silicium, qui est un réfractaire, un matériau à haute température et résistance aux radiations.

«L’impression 3D nous permet d’atteindre une complexité de conception élevée, comme pour les canaux de refroidissement, en utilisant des matériaux hautes performances, ce qui n’était pas possible auparavant. Par exemple, en utilisant un matériau comme le carbure de silicium, nous pouvons augmenter considérablement les performances et la sécurité de notre noyau », explique Terrani.

Assurer l’assurance qualité

De plus, l’impression 3D facilite la construction à petits volumes et avec des structures «hybrides». Cela signifie qu’au lieu d’utiliser un morceau d’un seul matériau, comme l’acier, les chercheurs peuvent intégrer et incorporer d’autres composants dans le matériau, en particulier des capteurs.

«En incorporant et en intégrant des capteurs et des capteurs dans les structures, nous pouvons extraire beaucoup plus d’informations de notre système, comme la surveillance de la santé. Cela nous permet d’obtenir plus de données du système dans son ensemble, ce qui est important pour réduire les coûts opérationnels car cela crée un système plus fiable, avec de meilleures informations de surveillance, ce qui signifie que plus de processus peuvent être automatisés », explique Terrani.

Cela peut également améliorer la qualification et l’assurance qualité de la technologie en raison de la capacité de contrôler la manière dont les matériaux sont fabriqués et s’ils répondent aux critères de performance.

«La qualification prend généralement beaucoup de temps et nécessite de nombreuses personnes et lorsque vous avez un cachet nucléaire sur un composant, le coût est encore plus élevé. Mais comme nous imprimons en 3D en petits volumes, nous pouvons collecter des informations au fur et à mesure, nous pouvons les enregistrer avec des caméras, utiliser la détection et d’autres choses pour collecter des informations à travers de nombreux paramètres différents », explique Terrani.

Les chercheurs collectent «quelques centaines de gigaoctets» d’ensembles de données, qui sont utilisés avec l’intelligence artificielle pour rechercher des paramètres de performance critiques. Ces informations sont ensuite utilisées pour déterminer si, une fois qu’une pièce est fabriquée, elle répond aux normes de qualité nécessaires, ce qui est un élément coûteux pour les systèmes nucléaires.

Les chercheurs prévoient également de créer une plate-forme numérique qui aidera l’industrie à adopter une technologie d’énergie nucléaire fabriquée par additif.

Assurer l’avenir du nucléaire

Terrani dit que concevoir des réacteurs de cette manière est différent de ce qu’il appelle créer «des réacteurs en papier qui fonctionnent sur des ordinateurs mais que personne ne peut réellement construire».

«Nous essayons une approche agile, itérative et dynamique qui se prête à des projets multidisciplinaires. Au lieu de faire de nombreux mois ou années de conception, nous faisons des jours et des semaines de conception, que nous imprimons ensuite en 3D », dit-il. «Ensuite, à partir du prototype, nous pouvons mesurer les propriétés et les paramètres de performance et les réinjecter directement dans la conception.»

Il est également possible que le déploiement de technologies avancées telles que l’IA et l’impression 3D puisse attirer une nouvelle génération d’ingénieurs nucléaires.

«Certes, disposer de ces technologies de pointe est une carotte pour la jeune génération, mais nous faisons également appel à des informaticiens, des scientifiques des matériaux et des spécialistes de la fabrication», déclare Terrani.

Le laboratoire d’Oak Ridge vise à mettre en marche le premier réacteur du genre d’ici 2023. Actuellement, il se concentre sur le perfectionnement de la conception sélectionnée et des processus qui garantiront un système énergétique optimal et fiable.

Finalement, Terrani espère que le projet fournira un autre «outil» pour la «boîte à outils» du développeur.

«L’essence de ce programme est de créer de meilleurs réacteurs nucléaires, avec des coûts inférieurs et une meilleure sûreté – mais aussi de les construire», conclut Terrani.

«Je suis personnellement frustré et fatigué que toutes les autres industries utilisent des technologies de pointe et que nous ne sommes pas doués pour les exploiter dans le nucléaire; nous espérons pouvoir ouvrir la porte. »