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Thorium et neutrons rapides : donnons un coup d’accélérateur au nucléaire du futur

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Projet de réacteur à sels fondus associé au cycle Thorium-Uranium 233, véritable "nettoyeur" de déchets.

En temps normal, développer une nouvelle filière de réacteurs nucléaires prend au moins 30 ans : recherche & conception 10 ans, réalisation d’un prototype 10 ans, construction d’un modèle industriel 10 ans. Or, en France, historiquement un pays à la pointe de ce domaine (Becquerel, Curie, Langevin, etc.), ce que l’on appelle la IVe génération arrive peu, n’arrive pas ou est en retard. Alors que l’Inde, la Chine, la Russie et le Japon avancent à vitesse grand V dans ce domaine, nous risquons, comme sur le plan militaire en 40, d’être « en retard d’un nucléaire ».

A cela s’ajoute que l’on va devoir remplacer progressivement un parc de 58 réacteurs en fin de vie. Ainsi, qu’on l’aime ou qu’on ne l’aime pas, à cause de ce retard, bien que l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) certifie qu’on puisse encore exploiter dans la décennie à venir le réacteur de Fessenheim et d’autres dans des conditions optimales, on sera obligé, faute de disposer de mieux en temps et en heure, de remplacer ces réacteurs par des EPR. Il s’agit du haut de gamme des réacteurs à eau pressurisée d’ancienne génération (REP), mais équipés de systèmes de sécurité renforcés élaborés depuis l’accident survenu en 1979 aux États-Unis, à Three Mile Island.

Nous aurions été mieux lotis si, au lieu de nous adapter au malthusianisme du Club de Rome et au « court-termisme » financier de la City et Wall Street, comme l’ont fait tous nos gouvernements depuis trente ans, nous nous étions engagés plus tôt à développer tout le potentiel du nucléaire du futur.

Attaqué au lance-roquettes en 1982, Superphénix, prototype de réacteur brûlant du plutonium et générant une partie de son propre combustible, a été abandonné en 1997. Le risque d’accident (par emballement) et le faible coût de l’uranium, affirmait-on à l’époque, ne « justifiait pas » ce type d’investissement.

En vérité, les réacteurs « du futur », et cela peut surprendre, ont été conçus et parfois testés, pour l’essentiel, dans une course contre la montre engagée par les États-Unis lors de la Deuxième Guerre mondiale pour maîtriser l’atome avant l’Allemagne hitlérienne. C’est dans le Tennessee, au National Laboratory d’Oak Ridge (ORNL), que les chercheurs inventèrent alors plus de mille types différents de réacteurs. [1]

Sur 1000 façons d’exploiter l’atome, seules 6 ont été retenues (pour leurs qualités de sécurité, de rendement énergétique, de réduction et d’élimination des déchets) par le groupe de pays qui constitue le Forum Génération IV. [2]

Louis Armand, Jean Perrin, Pierre Auger et d’innombrables autres chercheurs français suivaient tout ce qui sortait du ORNL. Pour des raisons essentiellement politiques, militaires et commerciales, mais aussi de facilité de maniement, un seul modèle dominera et continue à dominer : celui des réacteurs à eau pressurisée (REP) à uranium.

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Dessin du Réacteur Jules Horowitz (RJH), actuellement en cours de construction à Cadarache. Ce réacteur de recherche permettra de tester des matériaux et la production de radioéléments artificiels (REA) indispensables à la médecine moderne.

En France, c’est assez récemment avec la Commission Juppé-Rocard, qu’est débloqué d’une part, pour 2010-2017, les moyens (250 millions d’euros) de finaliser d’ici 2016 la construction d’un petit réacteur de recherche, le Réacteur Jules Horowitz (RJH) à Cadarache qui ambitionne de produire pour l’UE une bonne partie des radio-isotopes pour la médecine, et d’autre part que sont investi 600 millions d’euros dans la recherche sur un prototype de réacteur à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Ce démonstrateur RNR de 600 MWe nommé ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), doit être opérationnel en 2023, pour la version industrielle, il va falloir attendre au moins 2040 ! Avec Astrid, l’échéance de 2023 vise également à maintenir les compétences du passé, permettant aux experts de former une nouvelle génération avant de partir à la retraite.

D’après le CEA, à partir de la même quantité d’uranium, un RNR produit 50 à 100 fois plus d’électricité qu’un REP. Un parc RNR d’une puissance équivalente à l’actuel parc EDF français pourrait ainsi fonctionner durant au moins 2500 ans avec les seuls combustibles « usés » et l’uranium appauvri ou de retraitement entreposés aujourd’hui dans les installations françaises ! Astrid vise également à démontrer que l’on peut, à l’échelle industrielle, réduire la toxicité des déchets. En principe, les RNR permettent la transmutation des actinides mineurs (notamment le neptunium, l’américium et le curium), part des déchets ultimes à haute activité et longue durée de vie.

Alors que les écologistes se plaignent (non sans raison) des déchets nucléaires, ils ont tout fait pour saboter les réacteurs de IVe génération permettant de résoudre le problème de façon satisfaisante.

Mais, par rapport à la politique française, nous disons : trop peu, trop tard !

Trop tard, nous l’avons indiqué ci-dessus. Trop peu, car plusieurs filières prometteuses ont été laissées de coté :

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Projet de réacteur à sels fondus associé au cycle Thorium-Uranium 233, véritable "nettoyeur" de déchets.

Comme le RNR, le RSF :

  • Permet de multiplier la ressource, en particulier en transformant le thorium, « fertile » et abondant dans la nature, en combustible : l’uranium 233 fissile.
  • Opère à « pression ambiante » ce qui réduit considérablement le risque de fuites.
  • Permet, contrairement au MOX, d’incinérer tous les isotopes du plutonium. Les réacteurs du futur sont des « nettoyeurs » car ils permettent d’incinérer la quasi-totalité des actinides mineurs (neptunium ; américium, curium et dans le cas du thorium le protactinium), produisant donc plus d’énergie et 200 fois moins de déchets par unité de combustible [3], dont la durée de vie n’est que de 300 à 500 ans, ce qui change la donne pour le stockage.

Différent du RNR, le RSF :

  • ne fait pas appel au sodium, un produit hautement inflammable quand il entre en contact avec l’air ou l’eau. Plus généralement, il ne contient aucun matériaux réactifs dans et à proximité du cœur.
  • élimine ou réduit de dangereuses manipulations : le combustible liquide permet le retraitement du combustible sur place et ne nécessite pas l’arrêt du réacteur.
  • élimine tout danger de fonte du cœur.
  • ne risque pas l’auto-emballement en cas d’accident (car, comme les REP français, son coefficient de vide est négatif, alors que celui de Superphénix était positif).
  • permet le transfert du combustible en quelques minutes dans une configuration de sécurité passive en cas d’incident ou d’accident grave.

En pratique, c’est une folie d’opposer une filière à l’autre, car elles se complètent : les REP et les EPR nous permettront de fertiliser le thorium. Les vingt réacteurs français équipés pour brûler du MOX peuvent utiliser du thorium. Ensemble, les RNR et les RSF permettront de multiplier nos ressources. C’est la complémentarité des réacteurs qui nous donnera l’énergie nécessaire pour l’humanité et une marge pour développer la fusion thermonucléaire.

Si la France mène des études intéressantes dans ce domaine (ITER, etc.), en réalité, hélas, le pessimisme règne et peu sont ceux qui croient que l’on puisse en faire une source d’énergie. Pourtant, si avec la Gen IV l’homme peut se rendre sur la Lune, sans la fusion, explorer Mars restera un doux rêve.

C’est pour cela qu’il est utile de rappeler les différences entre aujourd’hui et l’époque de Oak Ridge.

A l’époque :

  • En temps de guerre, on ne fixe pas de limite financière pour réussir un objectif national situé à la frontière de la connaissance. Peut-on le refaire en temps de paix ?
  • A Oakridge, la plupart des chercheurs avaient moins de trente ans…
  • L’ambition dépassait totalement l’idée de produire de l’électricité en soi. On se fixait une contrainte précise : par exemple, développer un moteur nucléaire disposant d’une grande autonomie pour des sous-marins. Aujourd’hui, on pourrait se fixer deux objectifs : un réacteur pour vaincre les déserts (dessalement), un autre pour voyager vers la Lune.

Il faut donc tout faire pour accélérer les recherches. Cela implique une visibilité sur les moyens investis dans ce secteur mais aussi, bien plus difficile, la formation de scientifiques et de personnel qualifié. Comme dans d’autres domaines, on constate surtout que ce qui manque à notre société, ce n’est pas « la connaissance », mais l’ambition de se projeter dans l’avenir… et dans l’espace.


Extrait du programme présidentiel de Jacques Cheminade : Physique nucléaire : droit à l’énergie, au développement et à la vie.


[1Consulter utilement l’autobiographie d’Alvin M. Weinberg, The First Nuclear Era, The Life and Times of a Technological Fixer, American Institute of Physics, New York, 1994.

[2Les types de réacteurs varient en fonction du choix du combustible (uranium, plutonium, thorium, sous forme solide ou liquide), du modérateur (eau, graphite ou aucun) et du liquide ou gaz caloporteur et refroidissant (sodium, sels fondus, eau bouillant, eau pressurisé, eau lourde, plomb liquide, hélium, etc.) opérant en mode critique (réaction en chaîne auto-entretenue) ou sous-critique (réaction en chaîne entretenue par une source extérieure de neutrons, mode non-inclus dans la génération IV mais appartenant au nucléaire du futur).

[3Au lieu de consommer 200 tonnes d’uranium naturel par an et par Gwe, on ne consommerait que 1 tonne de thorium, d’où le facteur 200. Cette tonne de thorium est transformée en 1 tonne de produits de fission alors que 200 tonnes d’uranium se transforment en 170 tonnes d’uranium appauvri, 29 tonnes d’uranium de retraitement, 1 tonne de fission et 30 kg d’actinides mineurs. Le facteur 200 concerne donc les déchets les moins gênants (uranium appauvri et de retraitement). Par contre, les 30 kg d’actinides mineurs en moins font vraiment la différence au niveau du dimensionnement du site de stockage.

Voir les 8 commentaires

  • petite souris • 07/02/2012 - 10:47

    Merci Karel
    Je ne saisi pas ces mots et ces explications scientifiques complexes qui m’échappent.

    Cependant je comprends très bien que, pour des raisons de basse politique, la France, pays pionnier dans le nucléaire civil, grâce entre autre à de Gaulle et bien sûr à nos chercheurs, ingénieurs et scientifiques de très haut niveau, a "pris" 40 ans de retard au détriment des français quant à sa capacité et son indépendance électrique pour nos usines et nos maisons !!!!

    ... et cela continue !!!!!!!!!!!

    • Pierro89 • 11/02/2012 - 09:21

      Le réateur à cycle de thorium-uranium 233 présente quelques avantages mais aussi beaucoup d’inconvénients et de difficultés technologiques toujour non résolues malgré plusieurs décennies de recherche, en particulier au CEA, et aux USA.
      Partout dans le monde les réacteurs de type REP ou BWR sont largement dominants car industrialisables et maîtrisables.Il faut parfois se méfier des bonnes idées "sur papier" sans examiner les contraintes physiques et industrielles.

    • Breton • 13/03/2012 - 11:30

      Cet avis traduit un manque total d’infotmations et de do,nnées précises sur le sujet, et une incomp"tence crtaine de l’auteur. A-til seulement consulté les travaux effectués à oak ridge (1300 heures de fonctionnement du premier réacteur expérimental sans incident notable, travaux du Laboratoire de Granoble, réaliation du réacteurr français Guineverre avec la participation du CNRS ?Il faut être sérieux et éviter de présenter des objections aussi vagues qu’incertaines si l’on veut être écouté !

    Répondre à ce message

  • Lee • 19/11/2012 - 11:03

    "... si avec la Gen IV l’homme peut se rendre sur la Lune, sans la fusion, explorer Mars restera un doux rêve... "
    Vu sur le net à l’adresse "http://www.magnetosynergie.com/Pages-Fr/Science/EnergiesInconvenantes/FR-EnergiesInconvenantes-01.htm" :
    "... Sur terre, les vitesses de déplacement se comptent communément en dizaines de mètres par seconde, quand dans le système solaire elles doivent être 1000 fois plus importantes, de l’ordre de plusieurs dizaines de kilomètres par seconde. Pour aller au-delà et voyager dans la galaxie, ce sont des vitesses encore 1000 fois plus importantes qu’il faut envisager, soit une fraction non négligeable de la vitesse de la lumière. L’énergie variant en demi raison du carré de la vitesse (Ec=1/2.m.v²), ce sont respectivement des énergies 500 000 supérieures à ce qu’elles seraient sur terre, qu’il faut mobiliser pour se déplacer dans le système solaire et 500 000 000 000 de fois plus intenses pour espérer voyager dans le milieu interstellaire..."
    "... Ces ordres de grandeur sont éloquents. Si à la surface de la terre les énergies renouvelables et chimiques sont suffisantes pour assurer nos déplacements quotidiens, il faudra clairement recourir à l’énergie des noyaux atomiques pour espérer s’installer et coloniser durablement le système solaire...."

    • N.Nègre • 02/05/2013 - 13:24

      CORRECTIF : En fait ce sont des énergies cinétiques de respectivement, un million (1 000 000) et mille milliards (1 000 000 000 000 — cad 10**12) de fois supérieures, qu’il fallait lire et non cinq cent mille (500 000) et cinq cents milliards (500 000 000 000). Le facteur 1/2 disparaît bien évidemment pour un rapport entre énergies cinétiques...Néanmoins cela ne change rien quant à l’idée générale du paragraphe qui est que ces rapports d’énergies sont gigantesques. Mea Culpa - J’ai fait corriger sur le site d’accueil … N.Nègre.

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  • michel • 02/01/2013 - 19:14

    Un article écrit par un inconscient et totalement inculte en la matière il semble bien, enfin à part peut-être dans les grandes lignes !
    Qu’il est bon d’être un mouton quand je lis ce genre d’ineptie !
    En tout cas, le plus flippant, ce n’est pas ces projets au final, c’est de savoir que nous nous côtoyons sur cette même planète et que vos convictions et vos croyances dans des technologies comme ASTRID, nous amèneront tous un jour au cimetière.

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  • Gato • 08/02/2012 - 22:53

    article intéressant:-)) merci !

    Répondre à ce message

  • davaud • 05/02/2012 - 17:46

    bonjour,
    pour completer cet article, il y a un un ouvrage tres bien ecrit et facil à comprendre :

    L’ATOME VERT, le Thorium, un nucléaire pour le developpement durable

    auteur : Jean-Christophe de Mestral

    editeur : Favre

    ISBN : 978-2-8289-1244-4

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