Brevet FR2897210A1 — publié le 20070810

La présente invention concerne la production d'électricité et/ou d'eau dessalée et/ou dépolluée et vise notamment à contribuer à l'élimination des déchets nucléaires. Actuellement, la production d'électricité dépend principalement de centrales nucléaires conventionnelles, thermiques ou hydrauliques, connectées à un réseau de transport d'électricité. Les centrales thermiques rejettent d'importantes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et contribuent à l'effet de serre. Les centrales hydrauliques nécessitent la construction d'infrastructures très coûteuses et leur implantation ne peut se faire que dans des zones géographiques limitées. Les centrales nucléaires conventionnelles présentent l'inconvénient de produire des déchets nucléaires à durée de vie importante. En outre, en cas de forte chaleur, la baisse d'efficacité des tours de refroidissement peut entraîner une diminution de la production. Par ailleurs, le réseau de transport d'électricité est de par son étendue 15 vulnérable à des attaques terroristes. Il existe par conséquent un besoin pour bénéficier d'installations capables de produire localement de l'électricité avec une puissance relativement importante, par exemple de l'ordre de la centaine de MW ou plus, afin d'alimenter des villes ou des pôles industriels. 20 Par ailleurs, il existe également un besoin pour éliminer les risques nucléaires que constituent les sous-marins atomiques existants, même après neutralisation des armes qu'ils transportent, du fait qu'ils comportent un ou deux réacteurs nucléaires fonctionnant en mode critique. L'invention vise à répondre à l'un au moins de ces besoins. 25 Elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un système naval, notamment un sous-marin, comportant : un accélérateur de particules, un amplificateur d'énergie piloté par l'accélérateur de particules, et - un système de production d'électricité à partir de l'énergie produite par 30 l'amplificateur, notamment en vue d'alimenter un réseau électrique extérieur au navire et/ou une unité de dépollution ou de dessalement d'eau. Par amplificateur d'énergie piloté par accélérateur de particules , en anglais Accelerator Driven System ou ADS, on désigne tout système à amplificateur d'énergie capable de produire de l'énergie thermique par une réaction liée au faisceau de particules, notamment de protons, produit par l'accélérateur. Il est possible grâce à l'invention de produire de l'électricité d'une manière fiable et mobile, notamment à proximité de toute zone côtière. L'invention offre en outre l'avantage de permettre de réhabiliter d'anciens sous-marins atomiques militaires. L'amplificateur d'énergie, encore appelé spallateur protonique fonctionne 10 avec des neutrons rapides produits par spallation. La cible de spallation utilisée est avantageusement du plomb liquide, plutôt qu'un eutectique plomb bismuth. L'accélérateur peut comporter un cyclotron. Avantageusement, l'accélérateur est non cryogénique, ce qui en accroît la fiabilité et réduit le coût d'utilisation et de maintenance. 15 Le faisceau de particules accélérées envoyé dans l'amplificateur d'énergie peut comporter des protons qui peuvent être produits par exemple par épluchage d'ions H2+. Le cyclotron peut ainsi être alimenté par une source d'ions H2+, ce qui permet de délivrer un courant d'intensité double par rapport à un faisceau d'ions H-. Le système naval peut avantageusement comporter une unité de dessalement 20 d'eau de mer ou de dépollution, cette unité de dessalement pouvant être alimentée en électricité au moins partiellement grâce à celle produite à bord du système naval. L'unité de dessalement peut notamment être disposée dans l'espace d'un navire libéré par l'enlèvement de son armement. Le système naval peut également avantageusement comporter une unité de 25 production des ions H2+ à partir de l'eau douce ainsi produite. L'unité de dessalement peut être à osmose inverse. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de production d'électricité dans lequel on utilise un système naval, notamment un sous-marin, tel que défini plus haut. 30 Ce système naval peut être amené à naviguer entre au moins une zone de production d'électricité et au moins une zone de maintenance, où peut notamment s'effectuer le rechargement en combustible. La navigation peut s'effectuer au moins partiellement en plongée dans le cas où le système naval est un sous-marin, ce qui diminue sa vulnérabilité. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un navire tel que défini plus haut, caractérisé par le fait que l'on transforme un sous-marin atomique 5 existant. Le sous-marin qui est transformé est par exemple un sous-marin à propulsion nucléaire de type plomb bismuth. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de production d'eau dessalée et/ou dépolluée à partir d'eau de mer, dans lequel on utilise un navire tel que défini plus haut. 10 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue schématique représentant une installation de production d'électricité réalisée conformément à l'invention, 15 - la figure 2 représente de manière schématique de côté le sous-marin de la figure 1 avec arrachement montrant l'amplificateur d'énergie et l'accélérateur associé, la figure 3 est un schéma en blocs de la chaîne de production d'électricité, et - la figure 4 représente de manière schématique, en coupe axiale, un exemple d'amplificateur d'énergie piloté par l'accélérateur de particules. 20 On a représenté à la figure 1 une installation de production d'électricité comportant un sous-marin 1 agencé pour produire de l'électricité, réalisé conformément à l'invention, relié par une ligne électrique 2 à un poste de transformation 3 alimentant un réseau électrique 5, ce réseau ayant été représenté très schématiquement et comportant par exemple une ou plusieurs lignes aériennes ou enterrées. 25 Le sous-marin 1 comporte un système de propulsion qui n'a pas été représenté sur la figure 2 dans un souci de simplification du dessin, et une chaîne de production d'électricité qui comporte entre autres un amplificateur d'énergie 10 et un accélérateur de particules 20 pour envoyer dans l'amplificateur d'énergie 10 le faisceau de particules accélérées nécessaire à la production de neutrons rapides par spallation. 30 L'amplificateur d'énergie 10 est par exemple réalisé confonnément au brevet européen EP 0 725 967. Si l'on se reporte à la figure 4, on peut voir que l'amplificateur d'énergie 10 peut comporter une enceinte extérieure 11 dans laquelle peut circuler un fluide caloporteur, par exemple de l'eau pressurisée, permettant d'entraîner au moins un alternateur non représenté, avec le cas échéant au moins un échangeur intermédiaire. L'amplificateur d'énergie 10 comporte également une enceinte intérieure 12 contenant le coeur 13 et des barres de contrôle 14 qui peuvent être déplacées pour ajuster le paramètre k de multiplication des neutrons et ainsi le gain de l'amplificateur d'énergie 10. Le coeur 13 contient par exemple des éléments combustibles en thorium métal disposés à l'intérieur d'enveloppes en alliage de zirconium, de façon conventionnelle. Le combustible pourrait encore contenir des oxydes ou carbures de thorium ou tout autre composé chimiquement stable contenant du thorium. Le coeur 13 contient également dans l'exemple considéré du plomb liquide qui sert notamment de cible de spallation et permet de produire des neutrons rapides qui transforment la matière fertile, en l'espèce 232Th, en une matière fissile, à savoir 233U. Pour plus de détails concernant l'amplificateur d'énergie 10, on se reportera utilement au brevet européen EP 0 725 967 précité. Le faisceau de protons H+ peut être dirigé vers le coeur 13 de l'amplificateur d'énergie au moyen de lentilles magnétiques non représentées, de manière conventionnelle et d'un injecteur 16. Avantageusement, on utilise comme accélérateur de particules un cyclotron 20 non cryogénique, notamment un cyclotron tel que décrit par exemple dans la demande internationale WO 03/092340. Le cyclotron peut notamment comporter au moins un actionneur pour agir sur les particules du faisceau avant leur accélération par le cyclotron, au moins un capteur apte à délivrer une information représentative de la densité du faisceau de particules accélérées par le cyclotron et un dispositif de contrôle programmable apte à agir sur l'actionneur en fonction de l'information délivrée par le capteur et d'une loi de commande programmée de l'intensité du faisceau de particules accélérées dans le temps, de manière à ce que l'intensité du faisceau délivré par le cyclotron respecte la loi de commande programmée. L'actionneur peut comporter au moins un groupeur, notamment au moins deux groupeurs, et le dispositif de contrôle peut être configuré pour modifier le déphasage entre des tensions appliquées aux deux groupeurs en fonction de l'information délivrée par le capteur. Le cyclotron 20 est par exemple du type isochrone compact, étant de préférence non supraconducteur. Le cyclotron peut le cas échéant être un double cyclotron, tel que décrit dans la demande internationale WO 03/092339. Si l'on se reporte à la figure 3, on voit que la chaîne de production d'électricité à bord du sous-marin 1 peut comporter en amont une unité 31 de dessalement d'eau de mer, puis une unité 32 de production des ions H2+ à partir d'eau déminéralisée. L'unité 31 de dessalement est avantageusement installée dans le sous-marin à l'emplacement de l'armement enlevé, dans le cas de la réhabilitation d'un sous-marin atomique. L'unité 31 peut produire de l'eau potable dans le cadre d'un système ouvert lorsque le sous-marin est à l'arrêt, en plus de l'eau nécessaire à la production des protons destinés à alimenter l'amplificateur d'énergie. Les ions H2+ accélérés par le cyclotron 20 sont transformés de façon conventionnelle en ions H+ par épluchage électronique, grâce à un éplucheur 33, puis envoyés dans l'amplificateur d'énergie 10, où ils peliiiettent la production de neutrons rapides et la transformation de matière fertile en matière fissile, comme expliqué plus haut. L'énergie produite par la réaction de fission dans l'amplificateur d'énergie 10 est transformée en électricité par au moins un alternateur 34, puis l'électricité est évacuée par la ligne 2 vers l'extérieur du sous-marin, à destination des utilisateurs. Avantageusement, le sousmarin 1 est fabriqué à partir d'un sous-marin atomique existant, démilitarisé, en modifiant ou remplaçant le réacteur et en installant les autres éléments de la chaîne de production d'électricité et/ou d'eau douce, en profitant notamment de l'espace rendu disponible par l'enlèvement de l'armement, l'unité de propulsion du sous-marin pouvant être conservée. Pour la maintenance de l'amplificateur d'énergie et notamment le chargement et le déchargement d'amplificateurs d'énergie en combustible, le sous-marin peut naviguer entre la zone de production d'électricité et la zone de maintenance, ce voyage pouvant s'effectuer au moins partiellement en plongée, ce qui peut accroître la sécurité notamment en rendant le navire invulnérable à des attaques terroristes, et peut par ailleurs permettre une meilleure stabilité qu'en surface, ce qui peut améliorer le fonctionnement du cyclotron. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être donné. En particulier, le sous-marin peut être construit de toutes pièces en vue de la production d'électricité. Toutefois, l'invention permet avantageusement de valoriser d'anciens sous-marins atomiques, comme expliqué plus haut. Bien que l'on ait décrit une seule chaîne de production d'électricité, le sous-marin peut en comporter le cas échéant plusieurs, en fonction de l'espace disponible. D'autres systèmes pilotés par accélérateur que celui qui a été décrit peuvent être utilisés, de même que d'autres accélérateurs de particules. Toutefois, l'utilisation d'un cyclotron s'avère particulièrement avantageuse, compte tenu de la compacité de ce type d'accélérateur. Le cas échéant, les neutrons produits dans l'amplificateur d'énergie peuvent être utilisés également pour effectuer des réactions de transmutation, comme décrit dans la demande internationale WO 98/59347, afin d'éliminer des déchets trans-uraniques à longue durée de vie. La matière fertile utilisée peut être autre que du thorium 232Th, par exemple de l'uranium 238U. Le sous-marin peut comporter le cas échéant un moteur diesel assurant une production d'électricité en cas de défaillance du système piloté par accélérateur. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque les particules accélérées sont des particules autres que H2+, par exemple H-ou H3+. Dans toute la description, y compris les revendications, l'expression 25 comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Système naval, notamment sous-marin (1), comportant : - un accélérateur de particules (20), - un amplificateur d'énergie (10) piloté par l'accélérateur de particules, - un système de production d'électricité à partir de l'énergie produite par l'amplificateur, notamment en vue d'alimenter un réseau électrique extérieur au navire 10 et/ou une unité de dépollution ou de dessalement d'eau. 2. Système naval selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'accélérateur (20) est non cryogénique. 3. Système naval selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'accélérateur (20) est un cyclotron. 15 4. Système naval selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'accélérateur est alimenté par une source H2+ et accélère des ions H2+. 5. Système naval selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une unité (31) de dessalement d'eau de mer ou de dépollution, cette unité de production étant alimentée en électricité au moins partiellement 20 par celle produite à bord du navire. 6. Système naval selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'unité (31) est à osmose inverse. 7. Système naval selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte une unité (32) de production d'ions H2+ à partir de l'eau douce ainsi produite. 25 8. Système naval selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'amplificateur (10) est agencé pour produire des neutrons rapides à partir d'une cible de spallation constituée par du plomb liquide. 9. Système naval selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'amplificateur d'énergie (10) est agencé pour utiliser comme matériau fertile du 30 thorium 232Th. 10. Procédé de production d'électricité dans lequel on utilise un système naval (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le système naval est un sous-marin et par le fait que le sous-marin (1) est amené à naviguer entre au moins une zone de production d'électricité et au moins une zone de maintenance. 12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la navigation s'effectue au moins partiellement en plongée. 13. Procédé de fabrication d'un navire tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'on transforme un sous-marin atomique existant. 14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le 10 sous-marin qui est transformé est un sous-marin à propulsion nucléaire de type plomb bismuth. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'au moins une unité (31) de dessalement d'eau de mer est installée dans l'espace libéré par l'enlèvement de l'armement. 15 16. Procédé de production d'eau dessalée et/ou dépolluée à partir d'eau de mer dans lequel on utilise un système naval tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 9.