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1-02-2013
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Thorium : le nucléaire vert existe-t-il ?

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Thorium : le nucléaire vert existe-t-il ?
(Conçu dans les années 1960, le réacteur a sels fondus (MSRE) a fonctionné pendant quatre ans aux Etats-Unis. Crédit photo : Oak Ridge National Laboratory - flickr)
 
L'uranium ? C'est has been. Plus abondant, moins producteur de déchets, le thorium est parfois présenté comme le nucléaire vert du futur. Mais est-ce vraiment le cas ? Et surtout à quelle échéance ?
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Pour produire de l’électricité à partir d’une réaction nucléaire, les chercheurs n’ont pas besoin de se casser la tête. Ils utilisent essentiellement de l’uranium 235, seule matière naturellement fissile - susceptible de subir une fission et donc de dégager de l’énergie - à l’état naturel. Disponible oui, mais c’est peanuts. « La matière manque, alors fabriquons là ! », ont imaginé les chercheurs. Coup de bol, ils avaient sous la main d’autres options, non fissiles mais « fertiles » : l’uranium 238 (l’uranium le plus fréquent dans la nature utilisé notamment dans les surgénérateurs) et le thorium 232.

Prenons le second, qui nous intéresse. Placé dans un réacteur, celui-ci est capable d’absorber un neutron et de produire de l’uranium 233, qui est, lui, fissile. Réinjecté dans le réacteur, ce dernier rencontrera un neutron, produisant au passage d’autres neutrons qui, à leur tour, causeront de nouvelles fissions. C’est la réaction en chaîne, productrice d’énergie. Mais attention, ne crions pas trop vite victoire : un réacteur alimenté au thorium ne pourra pas se passer d’uranium 235 ou de plutonium pour donner le signal du départ. Il faut en une matière fissile disponible pour lancer la première réaction et obtenir des neutrons. « Car il faut avoir une source intense de neutrons pour bombarder le thorium (et créer une fission, ndlr) », souligne Monique Sené, physicienne et co-fondatrice du Groupement des scientifiques pour l’information sur l’énergie nucléaire.

Le thorium, on en a plein la besace

Le hic avec le nucléaire d’aujourd’hui, c’est que les ressources d’uranium ne sont pas infinies. Pis, « si l’on développait le nucléaire de façon intensive, en multipliant notre consommation par un facteur 10 d’ici à 2050, on pourrait arriver à la limite de la ressource d’ici la fin du siècle », souligne Daniel Heuer, directeur de recherche au laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble. Le thorium, lui, est environ trois fois plus abondant que l’uranium. Mieux, « pas besoin d’aller construire des mines, le thorium est déjà sur nos étagères. C’est un sous-produit des terres rares. Rhodia (un des principaux groupes de l’industrie chimique française, ndlr) en a 8 000 tonnes en stock environ [1]. Et sachant que la Chine a le monopole des terres rares, vous pouvez imaginer les quantités qu’elle a accumulées. »

Un cycle régénérateur

Lorsqu’une réaction au thorium est lancée, elle s’alimente toute seule ou presque. Tentons d’expliquer. Lors de sa fission, l’uranium 233 produit en moyenne 2,5 neutrons. Or, « un neutron est nécessaire pour maintenir la réaction en chaîne, un peu plus d’un autre pour régénérer la matière fissile », souligne Daniel Heuer. En clair, avec le thorium, on obtient un cycle regénérateur, c’est-à-dire que la quantité de matière fissile produite est aussi importante que celle consommée par le réacteur. Le réacteur est donc moins gourmand en matière fissile au départ, on a un combustible presque inépuisable. Résultat : on boulote moins de ressources.

Le problème des déchets résolu ?

Il y a plusieurs types de déchets issus d’une fission nucléaire. Parmi les produits de fission - les cendres qui subsistent après la fission -, certains sont très radioactifs mais ont une durée de vie moyenne de quelques centaines d’année, une durée « humainement gérable par l’homme », selon Daniel Heuer. D’autres ont une durée de vie longue (des millions d’années) mais sont peu radioactifs donc « plus faciles à gérer dans des zones de stockage ». Quoi qu’il arrive, ces produits de fission sont inévitables : « On ne peut jamais se débarrasser de ces noyaux-là. On peut éventuellement améliorer le rendement thermodynamique et les réduire de 30% mais c’est tout », explique Daniel Heuer. Reste l’épine dans le pied des industriels : le plutonium et les actinides mineurs (américium, curium, neptunium…). Ceux-là sont le résultat de fissions manquées. Or « il faut quelques milliers à quelques dizaines de milliers d’années pour que leur radiotoxicité commence à décroître », poursuit le scientifique. Pis, très actifs, donc très chauds, ils obligent les ingénieurs à concevoir des sites de stockage cinq à dix fois plus grands que pour les autres déchets. Il faut en effet étaler ces stocks d’actinides pour conserver le site à une température limitée à 95°C.

Mais le thorium a un avantage de taille : il laisse, dans son sillage, beaucoup moins d’actinides. « Il s’ensuit que la radiotoxicité des déchets est au moins dix à cent fois plus faible avec ce cycle qu’avec les cycles actuels recyclant le plutonium », abondait Jean-Paul Schapira, directeur de recherche au CNRS, dans un article paru dans les cahiers de Global Chance en 1999 (voir chapitre : « Existe-t-il de nouvelles options pour le nucléaire du futur ? »). Mieux, « le dégagement thermique (de ces produits, ndlr) est également réduit », poursuit le chercheur dans cet article. Il est donc plus aisé de les stocker. Tant que certains industriels n’hésitent pas à qualifier cette voie « d’énergie nucléaire verte ».

Dans le meilleur des mondes, rêvent les chercheurs, on pourrait même réenfourner les actinides déjà produits par le passé et qui nous encombrent dans le cœur d’un réacteur au thorium et s’en débarrasser. « A condition d’y avoir accès, tempère Daniel Heuer. La plupart des actinides sont mélangés avec les produits de fission dans du verre. Ces verres sont conçus pour être inaltérable, il serait donc très difficile, voire impossible, d’en réextraire les actinides. Aux Etats-Unis en revanche, vu qu’ils n’ont jamais retraité le moindre combustible, ça serait sans doute possible. »

Une manipulation et un retraitement difficile

Problème cependant : « L’uranium 233 est toujours accompagné d’uranium 232 qui est un émetteur de rayonnements gamma-violents. Ce n’est pas si facile de créer des usines de traitement de combustibles d’uranium 232 », souligne Monique Sené. Jean-Paul Shapira poursuivait, lui, dans son article : « La fabrication de combustibles à base de U-233 ne peut donc s’envisager qu’en cellules blindées, contrairement à celui du Mox actuel qui se fait en boite à gants, ce qui est techniquement possible mais entraîne un surcoût. »

Une meilleure sûreté ?

Le problème avec la réinjection des actinides produits dans le passé, c’est qu’ils rendent les réacteurs instables. Aussi les chercheurs imaginent-ils d’autres types de réacteurs, à sels fondus notamment. Conçus aux Etats-Unis dans les années 1960, ces réacteurs sont étudiés aujourd’hui par le laboratoire de Daniel Heuer, à Grenoble, qui planche sur une version moderne. Leur avantage ? « On peut récupérer tous les actinides, y compris ceux qui ont été produits depuis longtemps », souligne Daniel Heuer. Et la sûreté est meilleure : « Notre objectif c’est que dans un accident de type Fukushima, dans lequel tout le monde s’enfuirait, rien ne se passe. A Fukushima, les combustibles solides sont restés à l’intérieur du réacteur, il a fallu les refroidir sur place. Dans le cas d’un combustible liquide (comme le sel fondu, ndlr), quand la température monte, une vanne s’ouvre et le liquide va dans des réservoirs conçus uniquement pour le recueillir et le refroidir passivement », souligne Daniel Heuer.

Et demain ?

La Chine a décidé de construire un réacteur à sels fondus mais dans sa version initiale imaginée dans les années 1960. « Ils veulent d’abord refaire ce qui a été fait avant. C’est une démarche saine à mon sens. Ils réapprennent », souligne Daniel Heuer. La France elle, « on ne peut imaginer un nouveau type de réacteur avant au moins trente ans ». Seule exception, le projet de réacteur Astrid, mais qui fonctionnera avec un combustible solide et un cycle uranium-plutonim. « On est encore à l’état d’étude. Nos arrières petits-enfants le verront peut-être. Je ne dis pas qu’il ne faut pas faire de recherche mais il faut aussi faire feu de tout bois, prévoir un mix énergétique avec en première ligne les économies d’énergie, les utilisations rationnelles de chauffage. On doit avant tout mener une réflexion sur la meilleure utilisation possible de chaque source d’énergie », souligne Monique Sené. « A chaque fois que quelque chose paraît nouveau. On pense qu’on va être sauvé avec ça. Mais le thorium n’est pas quelque chose de miraculeux par rapport aux autres technologies existantes. C’est une option à étudier parmi d’autres », tempère aussi Daniel Heuer.

[1] Selon le Nobel de physique Carlo Rubbia, 1 tonne de thorium produit autant d’énergie que 200 tonnes d’uranium

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23 commentaires
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  • Documentaire sur le thorium disponible sur arte replay. https://www.arte.tv/fr/videos/05077...

    9.02 à 01h11 - Répondre - Alerter
  • michel libertaire compassionel : Thorium : le nucléaire

    de ce forum je note l’esprit scientifique sans état d’âme, de gens qui pense que le bipède à cerveau mal utilisé ,sans état d’âme ,cherche à immigrer vers l’espace en gardant tous ses défauts humains.Quitter la planète bleue idéale adaptée à notre vie est quand même une utopie ou un gâchis...i travaillons plutôt à modeler notre cerveau pour qu’il élimine cette toxine qui nous tue que j’appellerai "la connerie"

    17.11 à 15h13 - Répondre - Alerter
  • Le Thorium vert est une amélioration qui permet de brûler des déchets encombrant, mais ce n’est pas la panacée universelle, car il est le pire polluant dans presque tout en construction, en métallurgie, en sidérurgie, en isolation, en chauffage, en automobile, en électronique et en électro-ménager (cuisinière électrique) .

    De plus il dégage en se désintégrant un gaz hautement toxique et radiant à long terme dans vos poumons, le Thoron actif Alpha et Bêta par inter-action sur certain alcaloïdes Actinides.

    Un émetteur sournois se cache dans votre salière sur la table familiale, le K40 . Ceci pour vous dire que la radioactivité se trouve partout où on ne l’attend pas . Vos os contiennent 90 ppm/kg d’U238, l’Uranium est dans tout, comme le Thorium, qui est 3 X plus abondant que l’U.

    Vous lisez un livre captivant sous l’éclairage d’une lampe halogène qui a sur le filament 2% de O2Th, pour vous donnez une lumière chaude et blanche. Tant que l’ampoule n’est pas cassée, il ne se passe rien car la particule Alpha est une très grosse particule (2 protons et 2 neutrons) qui est arrêtée par l’épaisseur du verre . Si elle casse, évitez de respirer pendant 10 seconde et écartez vous, aéré la pièce pendant 10 minute, ne ramassez les morceaux qu’après avoir mis des gants de ménage et jetez les a l’extérieur dans une boite de conserve avec les morceaux d’ampoule .

    Le Thoron est le gaz de désintégration de Thorium, inodore, incolore, non asphyxiant, insipide, mais très radiant Alpha à haute énergie (env ; 10Mev) comparable en énergie à un petit coup de soleil indolore, 2 jour après, vous pellerez à l’endroit atteint.

    Le danger vient de la manipulation, car si vous en avez sur les doigts et sous les ongles, des cloques vont apparaître plusieurs jours plus tard, et vous allez polluer votre entourage, sans le savoir ; SE LAVEZ LES MAINS SOUVENT, même quand elles semblent propres, sait on jamais ?

    Dites vous bien que ce que vous ne savez pas, ne fais jamais mal de suite !!!

    2.03 à 03h21 - Répondre - Alerter
  • que pensez-vous de cette nouvelle voiture ?
    http://www.caradvice.com.au/132921/...
    merci !

    23.10 à 19h15 - Répondre - Alerter
  • Je me garderait bien d’intervenir sur le sujet que je ne maitrise pas réellement faute d’etre physicien nucleaire.
    Toutefois, puisque le thorium est une option qui existe depuis le tout debut de l’histoire du nucleaire, comment se fait il que le grand public ne commence a en entendre vaguement parler qu’aujourd’hui alors que les questions liées au nucleaire sont posées depuis bien des années ?

    Sachant qu’il suffisait d’aller interroger un specialiste du sujet que l’on pretendait traiter (au hasard, un physicien nucleaire) pour entendre parler du thorium, est-ce la le signe de l’incapacité des pouvoirs publics, des divers groupes politiques, des medias generalistes aussi bien que specialisés, ainsi que de l’enseignement scientifique, a relayer aux citoyens l’ensemble des options disponibles dans le cadre d’un sujet lorsque celui-ci est abordé ?

    Cela pose une question grave : vit-on dans un pays ou les secteurs professionels sur lesquels repose largement notre societe sont a ce point depourvus de conscience professionnelle et d’amour du travail bien fait ?

    Parceque si tel est le cas, parc nucleaire ou eolien, on va droit dans le mur.

    11.09 à 01h22 - Répondre - Alerter
    • Le choix de l’uranium est le résultat de contrainte technique dans un premier temps, puis de choix politique. Le thoirum est un élément fertile et non fissile, il faut forcément démarrer le réacteur à l’U235, au plutonium ou avec de l’U233, issu de l’irradiation du thorium. Le cycle nucléaire ne peut pas démarrer avec le thorium. Par contre une fois initié, la surgénération permet de construire régulièrement de nouveaux réacteurs.

      Le premier réacteur vraiment opérationnel, destiné au premier sous marin nucléaire, le Nautilus, était un réacteur à eau pressurisé. Pour construire la première centrale nucléaire US vraiment productrice d’électricité, à Shippingport. Pendant la vingtaine d’années qui suivi il n’y a avait pas vraiment de choix, les réacteurs à uranium et à eau furent la seule technologie disponible. Hors cette technologie ne permet pas d’utiliser le thorium efficacement.

      Les réacteurs au thorium sont issus des recherches sur les réacteurs à combustibles liquides destiné à la propulsion d’avion atomique. Ces travaux ont permis de valider le concept sur un prototype, mais aussi de mettre au point les alliages (Halstoy N) capable de résister à la corrosion. Dans les années 60 un premier prototype de réacteur à sel fond, destiné à fonctionner aussi bien au thorium qu’a l’uranium/plutonium, a été concu et testé avec succès. Un second réacteur était en projet, mais il fut annulé par le gouvernement Nixon. Ce réacteur ne produisait pas de plutonium (donc sans intérêt pour produire en masse des armes atomiques), et avant le choc pétrolier et les accidents nucléaires (TMI surtout) personne ne doutais vraiment des la technologies des réacteurs à eaux.

      Les choses ont changés depuis, et on reparle du thorium.

      11.11 à 13h17 - Répondre - Alerter
    • Si les réacteurs à eau pressurisée basés sur le couple uranium plutonium ont été préférés par rapport aux réacteurs au thorium, ce n’est pas pour leur rendement énergétique et certes pas pour leur niveau de déchets, mais uniquement parce qu’ils permettaient d’arriver à la bombe atomique plus rapidement. Les origines du nucléaire civil sont très liés au nucléaire militaire

      7.05 à 19h32 - Répondre - Alerter
  • superbe article, merci Madame
    enfin une réflexion saine !, car je ne pense pas que l’on puisse se dispenser du nucléaire totalement dans le temps
    il y a t’il d’aider ce Monsieur Heuer ?

    10.02 à 13h59 - Répondre - Alerter
  • Science et Vie avait fait un article de plusieurs pages il y a un an environ. L’ennui (pour les pro nucléaires) : un réacteur à 800°C, la technologie métallurgique pour des alliages, des vannes, etc. qui tiennent 30 ou 40 ans, ça n’existe pas encore, et le jour où ça existera faudra regarder l’étiquette du prix !!!

    5.02 à 02h28 - Répondre - Alerter
  • « Thorium et sels fondus »
    Avec cette technologie défendue par Heuer, la maintenance du réacteur deviendrait à haut risque pour les intervenants, car la matière fissile (thorium et sels fondus) se baladerait à 800 °C dans l’ensemble des circuits. Or le thorium est 3,3 fois plus radiotoxique que le plutonium (on imagine aussi les risques de sa prolifération). Mais un expert du CEA nous rassure : l’uranium 233 obtenu par fertilisation du thorium 232, c’est « nettement mieux que le plutonium pour faire des bombes ».

    4.02 à 14h56 - Répondre - Alerter
    • Explique nous comment faire une bombe atomique avec un produit fissile qui détruit tout équipement électronique et tout personne qui traine autour d’une masse critique non protégé par 50cm de plomb en 20 min.

      11.11 à 13h21 - Répondre - Alerter
  • Le seul avantage superbement ignoré de vos chercheurs : arrêter la cupide et gloutonne prétention d’être civilisé ! Combien est le coût, ainsi que les pollutions induites par cette politique du suicide organisé ? Vos prévisions spéculatives sur la durée d’exploitation de la Terre, ne tiennent aucunement compte de ces facteurs de base, à l’origine de tous les maux.
    Elle, par contre, ne fera plus aucune concession, à partir du moment que vous persévérez dans le plus profond mépris de la Nature qui vous a donné(e)s vie et vous nourrit !
    1 petit championnat de la destruction avec Elle, avec la bénédiction de vos dieux ?!

    4.02 à 11h44 - Répondre - Alerter
    • Hum ... Bien entendu on peut toujours envisager le "village planétaire" comme l’utopie ultime. Mais ne risque-t-on pas de s’y ennuyer au bout d’un moment ? Demandez l’avis de vos gosses avant d’engager l’humanité sur ce chemin… Pour ma part je préfère envisager une sortie par le haut (au propre comme au figuré), avec la colonisation du système solaire par l’espèce humaine. Il y en aurait pour plusieurs millénaires d’expansion, avec la perspective prometteuse d’en terminer avec la crise démographique et son corollaire la raréfaction des ressources ! Je me doute bien que ce n’est pas pour demain, d’autant que la maturité actuelle de nos civilisations ne garantit en rien que cette colonisation ne s’établisse au prix d’une organisation militaro-totalitaire, évidemment inacceptable… Néanmoins pour aller dans l’espace, il n’y a pas 36 solutions : Il faudra en passer par l’énergie des noyaux atomiques, seule source suffisamment puissante pour permettre de s’intégrer réellement au milieu interplanétaire (la ressource solaire est limitée aux planètes proches).
      Extrait de la page web "http://www.magnetosynergie.com/Page..." : "Sur terre, les vitesses de déplacement se comptent communément en dizaines de mètres par seconde, quand dans le système solaire elles doivent être mille 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 mille 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 cinq cent mille fois supérieures (500 000) à ce qu’elles seraient sur terre, qu’il faut mobiliser pour se déplacer dans le système solaire et cinq cents milliards de fois plus intenses (500 000 000 000) pour espérer voyager dans le milieu interstellaire. Ainsi une simple sonde spatiale d’une tonne (approximativement le poids d’une petite voiture), voyageant au dixième de la vitesse de la lumière, soit trente mille kilomètres par seconde, et qui mettrait 42 ans pour rejoindre l’étoile la plus proche (Proxima Centauri), aurait une énergie cinétique équivalente à plus de six mille cinq cents bombes d’Hiroshima. 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. Quant aux voyages interstellaires, ils sont manifestement hors de portée ; la physique et les technologies indispensables restent encore à découvrir."
      C’est assez éloquent ; pas besoin de beaucoup de commentaires en sus …
      Maintenant – en redescendant sur terre - quelles alternatives pour une énergie atomique propre, durable et bon marché ? Le thorium avec les MSFR (Molten Salt Fast reactor) du CNRS, ou la Z-machine des laboratoires Sandia ? A vous de voir, mais pour ma part plus c’est innovant, moins on est sûr de faire fausse route …

      27.04 à 16h39 - Répondre - Alerter
    • Commencez par vous débarrasser de votre ordinateur. Et autre chose, le centre de la terre est une boule de métal en fusion grâce à la désintégration radioactive du thorium et de l’uranium. Sans ce phénomène pas de magnétosphère, pas d’atmosphère, pas de vie. Seul les quelques premiers centaines de mètres de la croute terrestre sont "propres".

      11.11 à 13h24 - Répondre - Alerter
  • En effet le cycle thorium est la voie développée par le CNRS et présente de nombreux avantages.

    1er.02 à 21h28 - Répondre - Alerter
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