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Publié par Jean-Pierre FORESTIER

Thorium. Quelques idées…

… destinées à ceux qui voudraient construire l’énergie de demain.

02. Sels fondus et céramiques

 

 

L’essentiel :

L’utilisation de bouchons de sel permettrait à la fois l’assemblage (et le démontage) de tubes de céramiques (fibrées)

et de vannes.

La technologie des sels fondus est également utilisée pour accumuler la chaleur des centrales solaires.  

Des billes de céramiques pourraient être utilisées comme caloporteur

 

 

Un sel fondu fait référence à un sel en phase liquide tandis qu'il est normalement en phase solide dans les conditions normales de température et de pression. (Wikipédia)

Le chlorure de sodium passe en phase liquide à environ 800°C

Le réacteur à fission du thorium utilise la technologie des sels fondus dans lequel le combustible nucléaire est dissous. Le sel fondu joue à la fois le rôle de caloporteur (transport de la chaleur) et de barrière de confinement.

(voir Wikipédia et Thorium : la seule énergie de demain)

Corrosion

La corrosion est le principal problème de la technologie des sels fondus

« Les matériaux utilisés, pour les canalisations notamment, doivent résister à la corrosion par les sels fondus et aux hautes températures. »

 « … nous ignorons encore beaucoup de choses sur les caractéristiques physiques et chimiques du thorium. Il y a tant de problèmes à résoudre … » (notamment sur la gestion de la corrosivité des sels fondus) Professeur Li Zhong  Wikipédia thorium

 

Céramiques fibrées 

Les céramiques sont considérées comme la voie d’avenir des technologies des sels fondus, dans le « séminaire de Massy » § « choix de matériaux » :

« Par contre,  [la céramique] pose certains problèmes industriels (mode d’assemblage, liaison avec des métaux, etc.) et présente à ces températures des risques de rupture de type « fragile » (propagation de la fissure en cas de rupture, même si le matériau est par ailleurs très solide).

L’utilisation de composites SiC [céramique]- SiC-fibre permet de supprimer cet aspect de rupture de type « fragile ».

 

La fibre la mieux adaptée serait certainement l’amiante.

Oui, l’amiante doit être utilisée avec précaution, mais pas plus que l’uranium !

 

Aux problèmes industriels d’assemblages des canalisations en céramique, il faut ajouter celui des vannes et je commencerais par celles-ci

Bouchon de sel 

La réalisation des vannes pourraient s’inspirer du procédé historique utilisé par Alvin Weinberg pour son réacteur au thorium à sel fondu.

Dans le schéma joint, en 13), un « bouchon de sel » sépare le circuit du « réservoir de vidange » 10).

Pour créer ce bouchon de sel, il suffit de refroidir la canalisation à cet endroit ; Alvin Weinberg utilisait un … ventilateur. En cas de panne d’électricité, le ventilateur s’arrête, le bouchon entre en fusion et la vidange se fait par simple gravité.

 

Vannes

Je joins (ci-dessous) un schéma de vanne de tubes de céramique fonctionnant selon le même principe.

Le durcissement pourrait être contrôlé avec de l’azote (ou argon par sécurité ?) circulant dans une chemise. La température du gaz étant elle-même contrôlée.

 

 

Pour accroître la fiabilité du système, cinq injecteurs indépendants semblent indispensables, deux étant le minimum pour assurer la température requise.

Pour accroître l’efficacité du bouchage, l’emplacement prévu pour le bouchon de sel pourrait être légèrement conique. 

 

Système de vanne à soufflet impliquant des mouvements mécaniques à grande probabilité de pannes

 

Assemblage

Les joints entre les tuyaux de céramique pourraient être construits sur le même principe : laisser passer un peu de sel fondu dans la platine d’assemblage, mais le refroidir pour qu’il colmate le joint.

À vérifier : le joint serait également très légèrement conique.

Ce système présente l’avantage de s’adapter à des (petits) mouvements du joint, notamment à ceux provoqués par les dilatations.

Le gaz refroidissant passe en permanence dans la chemise pour rendre solide l’anneau de sel fondu (diamètre et épaisseur à déterminer).

Un gaz comme de l’azote semble le meilleur vecteur de refroidissement, il ne demande aucun recyclage, il s’échappe dans l’air sans pollution.

À l’état stationnaire, aucune électricité n’est nécessaire, il suffit d’un bon réglage de débit de gaz (azote ?) dans chacun des injecteurs. Donc minimisation du risque de panne !

De même que pour les vannes cinq injecteurs me semple néanmoins nécessaires  

 

Démontage

Par le jeu de chemisages amont et aval, le système permettrait le remplacement d’une canalisation sans tout vidanger, il suffirait de créer un bouchon de sel avant et après la partie défectueuse.

Une résistance électrique dans les chemises permettrait de faire entrer le bouchon de sel en fusion.

Ces chemises peuvent être amovibles et installées avant de changer une canalisation.

 

« certains produits de fission tels que le tellure et le sélénium qui se déposent sur les parois métalliques du circuit primaire du Réacteur à sels fondus et causent une fragilisation des joints de grains. » Wikipédia.

S’il n’y a que des céramiques et pas de « parois métalliques », le tellure et le sélénium se déposerait-il ?

S’il avait des dépôts, ils seraient éliminés en changeant la canalisation comme expliqué plus haut.

 

Emmagasinage d’énergie par des sels fondus

La filière thorium n’est pas la seule à utiliser la technologie des sels fondus

« La chaleur accumulée en haut de la tour est absorbée par un mélange de sels fondus, emmagasinés dans ces grandes cuves. Ce sel chauffé à plus de 500 degrés conserve l'énergie pendant plusieurs heures. C'est là la grande innovation de cette centrale solaire: elle peut produire de l'électricité même la nuit tombée.

Le sel chauffé permet ensuite de générer de la vapeur, comme dans une centrale thermique classique.

Cette centrale, la première de ce type au monde, permet de réduire les émissions de CO2 de 30.000 tonnes par an. »

Cet emmagasinage d’énergie est déjà expérimenté à Crescent Dunes (Nevada, USA)

Voir vidéo)

https://www.youtube.com/watch?v=QTNU1JMhzxA

 

… et en Espagne, pays qui semble très motivé par cette technique (……..et vidéo) ; où

La société “Solar Reserve” est en train de mettre au point un nouveau récepteur de chaleur en céramique qui permettra de chauffer les sels fondus jusqu’à 714° C »

(……..et vidéo)

 

 

 

Les problèmes d’assemblages et de vannes se posent également dans ces tours solaires

 

Billes de céramiques caloporteurs

 

Une dernière piste, toujours d’utilisation des céramiques :  

 

La conductivité thermique [de la céramique] est largement supérieure à celle des aciers (d’environ un facteur 5).

 

D’autres « fluides » caloporteurs seraient à envisager, par exemple des billes de céramique fibrées de la grosseur des petits pois.

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01. les Boulets blancs

Des Boulets blancs : des « boulets » de céramique fibrée à cœur de thorium dopé pourraient remplacer les boulets de charbon pour diffuser de la chaleur ?

La céramique remplacerait le sel fondu joue à la fois comme de caloporteur et barrière de confinement.

Les Boulets blancs sont-ils l’avenir des centrales thermiques à charbon ?

… la pluralité est une grande source d’innovations » !

Le principal obstacle ne sera-t-il pas de réunir des équipes pluridisciplinaires ?

 

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