Une nouvelle ère pour la surveillance nucléaire

La Nuclear Regulatory Commission (NRC) est le gardien de l'énergie nucléaire sûre aux États-Unis. Son cadre de délivrance de permis a évolué avec la conception des réacteurs, mais le rythme des changements technologiques exige maintenant une transformation plus fondamentale.Les petits réacteurs modulaires (RMR), les cycles de combustible avancés et les instruments numériques ne sont pas seulement des améliorations progressives.Ils représentent un changement de paradigme dans la façon dont l'énergie nucléaire peut être produite, gérée et réglementée.

Comprendre le niveau de référence actuel en matière de délivrance de permis

Le processus de délivrance de licences actuel du CNRC est fondé sur les exigences des grands réacteurs à eau légère (REL) qui dominent le parc actuel. Ce cadre comporte un processus en plusieurs étapes comprenant un rapport d'analyse de sécurité, un énoncé d'impact environnemental, des audiences et une décision finale en matière de délivrance de licences. L'approche est approfondie mais prend beaucoup de temps, souvent une décennie ou plus d'application à l'exploitation.

Les principaux éléments du cadre actuel sont les suivants :

  • 10 CFR Partie 50: La réglementation principale pour l'octroi de licences aux centrales nucléaires commerciales, qui exige une analyse finale de sûreté et des programmes d'assurance de la qualité étendus.
  • 10 CFR Partie 52: Utilisé pour les licences combinées de construction et d'exploitation (CL), permettant aux demandeurs d'obtenir une licence avant la construction.
  • Examens environnementaux : Obligatoire en vertu de la Loi nationale sur la politique de l'environnement (LNE), y compris les analyses d'impact spécifiques au site et la détermination de la portée publique.
  • Comité consultatif sur les garanties des réacteurs (ACRS): Un organisme indépendant qui examine les aspects liés à la sécurité des demandes de licence.

Comme ces règles ont été rédigées pour les grandes installations construites sur place, elles ne permettent pas d'adapter facilement des caractéristiques telles que la fabrication modulaire en usine, les systèmes de refroidissement passif ou les conceptions de combustibles à longue durée de vie qui ne nécessitent que peu de ravitaillement.

Les technologies qui conduisent au changement

Petits réacteurs modulaires (RMR)

L'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) définit les RMS comme des réacteurs dont la puissance de production est inférieure à 300 MWe. Leur plus petite taille permet de monter et de transporter les usines vers le site, réduisant ainsi les risques de construction et les charges financières. Plusieurs conceptions de RMS sont en cours de développement ou d'examen des licences en début de phase, notamment la NuScale VOYGR, GE‐Hitachis BWRX‐300 et le microréacteur eVinci de Westinghouse.

Cependant, les RMS utilisent souvent de nouvelles caractéristiques de sécurité, comme l'élimination passive de la chaleur par décomposition, le refroidissement naturel de la circulation ou les systèmes primaires intégrés, qui ne s'intègrent pas parfaitement aux analyses déterministes de sécurité existantes.

Cycles avancés de combustible

Les innovations dans la technologie des combustibles promettent une meilleure sécurité, une réduction du volume des déchets et une plus grande résistance à la prolifération.Par exemple, l'uranium faiblement enrichi (HALEU) à haute expérience, avec des niveaux d'enrichissement compris entre 5 % et 20 %, les revêtements de combustible tolérant les accidents et le potentiel de recyclage du combustible usé par le traitement pyrotechnique ou les méthodes aqueuses avancées.

Les principaux défis réglementaires comprennent l'établissement de normes de qualification pour HALEU, l'assurance de la sécurité des transports pour les combustibles à enrichissement plus élevé et l'élaboration de voies d'octroi de licences pour les recycleurs de combustibles usés qui sont distinctes des règles existantes axées sur les dépôts.

Systèmes d'instrumentation et de contrôle numériques (I&C)

Les nouvelles architectures d'I & C utilisent des systèmes de logiciels en réseau, l'apprentissage automatique pour la maintenance prédictive et les interfaces humaines qui peuvent s'adapter aux besoins des opérateurs.Ces technologies améliorent la sensibilisation à la situation et l'automatisation, mais soulèvent de nouvelles questions sur la cybersécurité, la fiabilité des logiciels et l'ingénierie des facteurs humains.Le CNRC a mis à jour sa méthodologie d'examen numérique des I & C, y compris le NUREG‐0800 Standard Review Plan[ pour les systèmes numériques, afin de s'attaquer à diverses architectures et composants commerciaux hors-sol (COTS).

Stratégies pour un cadre d'autorisation modernisé

Modernisation de la réglementation (Partie 53)

En 2020, le CNRC a proposé une nouvelle règle, la 10e partie 53 du CFR, qui vise spécifiquement les réacteurs avancés, qui offrirait un cadre souple et axé sur la technologie qui remplacerait les exigences normatives des parties 50 et 52 par des critères fondés sur le risque et fondés sur le rendement. La partie 53 est conçue pour tenir compte des technologies autres que les réacteurs à sel fondu, les réacteurs à gaz refroidis à haute température et les réacteurs rapides.

Les principales caractéristiques de la partie 53 sont les suivantes :

  • Utilisation d'une classification de sécurité des structures, systèmes et composants (SSC) fondée sur le risque qui permet différents niveaux de surveillance réglementaire en fonction de l'importance de la sécurité de chaque SSC.
  • Rationalisation des examens environnementaux selon une approche générique ou programmatique, réduisant les retards propres au site pour les applications répétitives.
  • Audiences accélérées et arbitrage pour des questions non contestées.
  • Voies explicites pour les réacteurs modulaires et les réacteurs construits en usine, y compris l'approbation préalable des conceptions et des licences de construction fractionnées.

Cette règle est une pierre angulaire des efforts du CNRC pour -simpler les règlements sans réduire les marges de sécurité.

Voies de délivrance accélérées des permis

Au-delà de la partie 53, le CNRC met au point plusieurs mécanismes pour raccourcir le délai de délivrance des licences :

  • Certification de conception (DC):[ Permet de certifier préalablement la conception d'un réacteur en respectant les exigences réglementaires, de sorte que les applications de CLO subséquentes pour cette conception peuvent être simplifiées.
  • Permis de site précoce (PES):[ Permettre à un demandeur d'obtenir l'approbation d'un emplacement avant de choisir une conception spécifique du réacteur, indépendamment des examens spécifiques à la conception.
  • Autorisations de travaux limitées (LWA) :[ Permettre aux travaux de préparation du site (p. ex., excavation, fondations) de commencer avant l'autorisation complète de construction.
  • Projets pilotes de délivrance de licences pour petits réacteurs:[ Le CNRC a lancé des programmes pilotes volontaires avec des partenaires de l'industrie pour tester de nouvelles méthodes d'examen et identifier les goulets d'étranglement.

Ces voies visent à réduire la durée totale de l'examen des RMR de 10 à 12 ans à 5 à 7 ans, selon les estimations internes du CNRC.

Engagement des intervenants et confiance du public

Une réforme efficace des permis exige la participation d'un large éventail d'intervenants : les promoteurs de réacteurs, les services publics, les gouvernements des États et des collectivités locales, les collectivités tribales, les groupes environnementaux et le public.

  • Réunions publiques virtuelles et webinaires sur l'élaboration de règles de réacteur avancées.
  • Ateliers sur la justice environnementale pour s'assurer que les collectivités situées près des sites proposés ont une voix dans le processus.
  • Groupes de travail de l'industrie qui fournissent des commentaires techniques sur les projets de guides réglementaires.
  • Recherche coopérative avec le ministère de l'Énergie (DOE) et les laboratoires nationaux pour valider les méthodes d'analyse.

Le CNRC participe également à des forums internationaux comme le AIEA], le Comité des normes de sûreté nucléaire[, pour harmoniser les approches et éviter les examens duplicationnels pour les conceptions qui peuvent être déployées dans plusieurs pays.

Défis qui subsistent

Validation et incertitude technologiques

Le CNRC s'appuie sur des modèles analytiques, des expériences à grande échelle et des essais de prototypes non nucléaires pour évaluer la sûreté, mais l'absence d'un réacteur avancé à grande échelle en exploitation rend la validation difficile. Le CNRC investit dans des capacités de calcul, comme les codes de simulation avancés élaborés avec le DOE, pour réduire la dépendance à l'égard des données empiriques, mais les organismes de réglementation doivent encore prendre des décisions dans le cadre d'une incertitude résiduelle.

Main-d'œuvre et expertise

Le CNRC a établi des partenariats avec des universités et des laboratoires nationaux pour élaborer des programmes de formation et faire appel à des experts externes dans le cadre d'ententes interagences. Toutefois, à mesure que le nombre d'applications de pointe dans le domaine des réacteurs augmente, l'organisme doit accroître son effectif sans diluer la qualité.

Cybersécurité et certification des systèmes numériques

Le cadre réglementaire du NRC pour la cybersécurité, la partie 73 du CFR, exige que les titulaires de permis mettent en oeuvre une approche de défense approfondie qui comprend l'isolement du réseau, la détection des intrusions et la sécurité physique. Pour les réacteurs avancés qui dépendent fortement de contrôles définis par logiciel, le CNRC peut devoir élaborer de nouveaux critères fondés sur la performance qui tiennent compte de tout le cycle de vie du système, de la conception au déclassement. L'organisme étudie également l'utilisation de méthodes officielles et de méthodes de vérification et de validation indépendantes (IV et V) pour les composants numériques critiques.

Incertitude réglementaire pour les premiers déménageurs

Pour atténuer cette situation, le CNRC a encouragé les interactions pré-application au moyen de réunions et de livres blancs, permettant aux promoteurs de tester des approches réglementaires avant de soumettre des demandes officielles. L'organisme donne des conseils sur ces engagements précoces.

Possibilités d'un avenir résilient

Croissance économique et création d'emplois

Un cadre de licence modernisé peut permettre de débloquer les chaînes d'approvisionnement nationales pour les composants de la RSM, la fabrication de combustible et l'instrumentation numérique. L'Institut de l'énergie nucléaire (INN) estime que le déploiement généralisé de réacteurs de pointe pourrait soutenir des dizaines de milliers d'emplois de haute qualité dans la fabrication, en particulier dans les régions où existent des chaînes d'approvisionnement nucléaires.

Décarbonisation accélérée

L'énergie nucléaire est une source d'énergie sans carbone dont les facteurs de capacité dépassent 90 %. Les réacteurs avancés peuvent fournir une exploitation flexible – en augmentant et en descendant pour compléter les énergies renouvelables variables – ou servir des charges industrielles dédiées difficiles à décarboner par l'électrification seule. Les réformes de délivrance de permis du CNRC soutiennent directement l'objectif de l'administration Biden d'une économie nette zéro d'ici 2050.

Leadership mondial et non-prolifération

Les États-Unis sont depuis longtemps les leaders mondiaux de la réglementation de la sûreté nucléaire.En tant que pays qui poursuivent le développement de réacteurs avancés (p. ex. le Canada, le Royaume-Uni, le Japon), un cadre modernisé du CNRC peut servir de modèle pour les normes internationales, favorisant des attentes cohérentes en matière de sûreté à l'échelle mondiale.

Sécurité accrue grâce à l'innovation numérique

Paradoxalement, les mêmes technologies numériques qui remettent en question le cadre de délivrance des licences offrent également des voies pour améliorer la sécurité. Des capteurs avancés, des systèmes d'analyse de données en temps réel et des systèmes de contrôle autonomes peuvent détecter les anomalies plus tôt, permettre des actions plus précises des opérateurs et réduire les erreurs humaines.

Conclusion : Un cadre pour la prochaine génération

Le cadre de délivrance de licences du CNRC est en pleine transformation, qui respecte la mission de l'organisme en matière de sûreté tout en prenant en compte le potentiel novateur des technologies émergentes.De la création de la partie 53 à l'expansion des méthodes d'examen fondées sur le risque, le CNRC construit un environnement réglementaire qui peut évaluer les divers modèles de réacteurs, les cycles de combustible avancés et les systèmes d'I et C numériques selon leurs propres mérites.

Alors que le CNRC continue d'affiner ses règles et ses directives, les intervenants de l'ensemble de l'entreprise nucléaire devraient s'engager activement, en fournissant les données et les commentaires qui serviront à façonner un cadre de délivrance de permis capable de soutenir la prochaine ère de l'énergie propre.