Réacteurs nucléaires à sels fondus : une piste d’avenir ?

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Les défenseurs de l’environnement se sont toujours montrés particulièrement méfiants envers l’utilisation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité. Les incertitudes quant à la gestion sur le très long terme des déchets radioactifs et les risques d’accidents graves que fait peser cette industrie où l’opacité et la culture du secret sont des traditions bien ancrées, justifient d’ailleurs amplement ce rejet viscéral.

Vue de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi le 14 mars 2011 (source © Digital Globe Imagery)

L’accident récent de Fukushima au Japon survenant après celui de Three Mile Island aux États-Unis et celui de Tchernobyl en Ukraine n’ont rien fait naturellement pour apaiser ces craintes. En France même, ce sentiment de rejet est très largement alimenté depuis des années par la politique délibérée de désinformation mise en œuvre pour masquer les retombées radioactives consécutives à l’accident de Tchernobyl en 1986 ou pour minimiser l’ampleur des fuites radioactives périodiquement identifiées au large de l’usine de retraitement de déchets nucléaires de La Hague. Et encore, la plupart des Français continuent d’ignorer qu’une catastrophe majeure a été évitée de justesse lors de la tempête de 1999, lorsque la centrale du Blayais a été inondée, mettant gravement en péril les installation de refroidissement du cœur…

Centrale à charbon en Chine à Datong (photo J. Lee / Reuters)

Centrale à charbon en Chine à Datong (photo J. Lee / Reuters)

Pourtant, à quelques semaine de la COP 21, à l’heure où l’on cherche à maîtriser le changement climatique global qui fait peser de lourdes menaces sur notre avenir à tous, beaucoup soutiennent que, malgré tous les dangers qu’elle représente, l’énergie nucléaire présente un impact moindre sur notre environnement que bien des combustibles fossiles, au premier rang desquels le charbon. Par ailleurs, chacun a bien conscience que les énergies renouvelables, dont le solaire et l’éolien, malgré leur grand intérêt, peinent à répondre à l’énorme demande en continu d’électricité du monde actuel.

C’est pourquoi, en attendant que se développent de nouvelles techniques dont peut-être un jour celle de la fusion thermonucléaire qui sera expérimentée sur le site d’ITER encore en construction, certains s’interrogent sur d’autres voies qui semblent avoir été insuffisamment explorées jusque là. C’est le cas notamment de Bill Gates qui a annoncé cet été avoir investi 1 milliard de dollars dans sa firme nouvellement créée, TerraPower, afin d’explorer une technique imaginée dans les années 1950 par le physicien Saveli Feinberg et qui est celle des réacteurs nucléaires à sels fondus.

Réacteur à sels fondus développé au Oak Ridge Laboratory

Réacteur à sels fondus développé au Oak Ridge Laboratory

Dans cette approche, le combustible nucléaire se présente sous forme de sel fondu maintenu à la pression ambiante, à une température de 600 à 900 °C, qui joue à la fois le rôle de combustible, de fluide caloporteur et de barrière de confinement. Les premiers réacteurs à sels fondus ont été développés dès 1954 pour la propulsion d’avions. Dans les années 1960, le Laboratoire national d’Oak Ridge aux USA a mis au point un réacteur expérimental qui a parfaitement fonctionné pendant 4 ans. Le combustible utilisé était à base de thorium et le principe de base (neutrons thermiques) prévoyait le passage à travers un modérateur en graphite. Ce prototype a permis de tester différents combustibles et de démontrer le caractère attractif du procédé qui permet un bon rendement thermique.

Un autre procédé a été développé, dit à neutrons rapides, dépourvu de modérateur, qui utilise également des sels à base de fluorure mais avec une charge initiale en matière fissile plus importante. La puissance d’un tel réacteur est maîtrisée naturellement car la chaleur provoque une dilatation du sel qui réduit la capacité de fusion et régule le réacteur à son point d’équilibre sans aucune possibilité d’emballement.

Schéma d'un réacteur à sels fondus (source : Science et Vie)

Schéma d’un réacteur à sels fondus (source : Science et Vie)

Par rapport aux réacteurs nucléaires actuellement en service en France, les avantages sont donc multiples. Le principal concerne la sécurité du réacteur. Il n’y a ici aucun risque d’explosion (comme à Tchernobyl) du fait de l’absence de vapeur d’eau à haute température, ni d’utilisation de sodium liquide. Il n’y a donc pas besoin d’enceinte de confinement, ce qui réduit considérablement les coûts de construction. Le combustible étant à pression ambiante, la cuve est également plus mince. Pas de risque d’emballement du cœur non plus comme à Fukushima et Three Mile Island, le système de sécurité étant un simple bouchon de sel froid qui s’écoule par gravité en fondant, venant arrêter le réacteur par convection thermique, ce qui permet un redémarrage rapide de la centrale.

Les sels de fluor utilisés sont chimiquement et mécaniquement stables malgré la forte radioactivité au sein de la cuve : ils réagissent très peu avec l’air et se dissolvent mal dans l’eau ce qui limite les risques de pollution accidentelle, même en cas de destruction volontaire de la cuve.

Enfin, l’intérêt majeur de cette technique est qu’elle permet d’utiliser un combustible nucléaire à base de thorium, un matériau qui est disponible en quantités bien plus importantes que l’uranium et qui est actuellement un simple déchet d’extraction des terres rares. Dans la filière à neutrons rapides, la matière fissile utilisée est soit du thorium 232 soit de l’uranium 238, ce qui évite de passer par les démarches très coûteuses d’enrichissement de l’uranium qui sont nécessaires dans la filière nucléaire classique.

Blog232_PhThorium

Sous l’effet des captures de neutrons dans le réacteur, ces deux isotopes se transforment respectivement en uranium 233 et en plutonium 239, qui sont d’excellent isotopes fissiles, ce qui garantit le fonctionnement du réacteur. A défaut, l’uranium 233 se transforme en uranium 235 qui contribue lui aussi à la fission. Le réacteur fonctionne ainsi comme surgénérateur en produisant son propre combustible.

Les déchets produits sont principalement des formes de neptunium et de plutonium dont la durée de désintégration est relativement courte par rapport aux déchets issus des réacteurs actuels dont le cœur doit être vidé périodiquement. Ici, plus de 80 % des produits de fission sont stables en moins de 10 ans et les autres perdent l’essentiel de leur radioactivité en moins de 300 ans, ce qui permet d’envisager des procédés de stockages plus raisonnable à l’échelle humaine que les filières actuellement en vigueur. De surcroît, le traitement peut se faire sans arrêt du réacteur, le combustible usé étant extrait et traité en continu.

Un autre atout de ces réacteurs à sels fondus est qu’ils permettent de consommer également les déchets nucléaires dont on ne sait que faire actuellement, parmi lesquels les transuraniens (dont le plutonium) et les actinides. L’introduction de ces éléments dans le réacteur permet même d’en augmenter considérablement la durée de fonctionnement (effet surgénérateur) mais aboutit à des déchets un peu plus complexes à traiter.

Granulés de thorium

Granulés de thorium

Il est quand même nécessaire, pour amorcer la réaction, d’introduire une certaine quantité d’uranium 233 qui doit être produite dans un autre réacteur puisque cet isotope n’existe pas naturellement. Pour cette raison, il est envisagé de faire fonctionner certains réacteurs classiques à eau pressurisée avec un combustible à base de thorium qui pourrait produire l’uranium 233 et alimenter ainsi plusieurs réacteurs à sels fondus. C’est sur de tels scénarios que travaille actuellement un laboratoire du CNRS à Grenoble et les réacteurs à sels fondus constituent une des options de recherche retenue dans le cadre du forum international sur les réacteurs de 4ème génération.

On se demande bien d’ailleurs pourquoi une technique aussi prometteuse a été aussi négligée jusqu’à présent. Un documentaire de Citizens-films, joliment intitulé « Thorium, la face gâchée du nucléaire » laisse entendre que les filières classiques à base d’uranium ont été privilégiées précisément pour leur retombées sous forme de production de plutonium à usage militaire…

Conférence internationale sur le thorium au CERN à Genève en 2013

Conférence internationale sur le thorium au CERN à Genève en 2013

En Chine, mais aussi en Inde (gros producteur de thorium), d’importants projets de recherche en vue de développer rapidement de tels réacteurs à sels fondus sont en cours. La France, actuellement embourbée dans ses déboires liés à la construction de l’EPR de Flamanville, sera t-elle en mesure de suivre le mouvement et d’adapter son parc électronucléaire à cette nouvelle technologie qui semble promise à un bel avenir ?

L.V.  LutinVertPetit

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5 Réponses to “Réacteurs nucléaires à sels fondus : une piste d’avenir ?”

  1. Cécile Says:

    Pourquoi cette vieille technique ne s’est -elle pas développée avant? Pour investir un milliard Bill Gates doit bien avoir ses raisons.
    Et qu’en disent ceux qui travaillent chez EDF?

  2. CheG Says:

    Comme toutes les techniques, elle possède des avantages et des inconvénients. Elle est en cours de pesage sureté/ performances comme d’autres technique de réacteurs de 4ème génération. Voir téléchargement du rapport de l’IRSN, via le lien ci-après, pour un panorama exhaustif :

    http://www.irsn.fr/FR/Actualites_presse/Actualites/Pages/20150427_Systemes-nucleaires-4eme-generation-Etat-des-lieux-potentiel-de-surete.aspx

  3. mngueye51 Says:

    A reblogué ceci sur tanguiss.

  4. Nucléaire, quel avenir ? | Cercle Progressiste Carnussien Says:

    […] en fin de vie), a donc probablement encore de beaux jours devant elle, en attendant de trouver mieux pour la remplacer […]

  5. ITER : où en est-on ? | Cercle Progressiste Carnussien Says:

    […] à la fission nucléaire, à l’œuvre dans les réacteurs nucléaires classiques et qui consiste schématiquement à briser un atome lourd (l’uranium) pour dégager de […]

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