Préoccupé de préservation de l’environnement et de développement durable, le monde occidental mais plus particulièrement la France «mise» sur le «nucléaire», la fission d’un «combustible» nucléaire, tel «l’uranium 235» (ou 235U) parmi nombre d’autres atomes fissiles bien connus dégageant deux millions de fois plus d’énergie (thermique) à masse pondérale équivalente sans émission de gaz carbonique ou CO2 que les combustibles chimiques «naturels» tels le charbon ou le pétrole, etc. dont la combustion dans l’air en produit inévitablement, ainsi que des gaz et particules éventuellement fort polluants ou toxiques. Bien entendu, il serait bon d’évaluer – mais il n’en est jamais question – quelle a été la contribution à l’émission de CO2, qui est un des principaux gaz à effet de serre (GES), des industries qui ont permis la mise en place des centrales nucléaires actuellement en usage et surtout la production de l’indispensable 235U extrait par de délicates et coûteuses opérations d’enrichissement isotopique de l’uranium «naturel», 238U, qui en contient 7,2 pour mille, tandis que ces opérations ne sont pas nécessaires dans le cas d’une autre filière nucléaire à vocation proprement civile systématiquement écartée depuis quelques décennies alors qu’elle est au point au stade pilote. La présente étude a pour but de la faire découvrir, comparativement à celles à l’uranium enrichi (à 3% de 235U) ou au plutonium, les seules promues et de manière encore absolument exclusive à notre époque, car largement utilisatrices en temps de paix (relative) des matériaux fissiles permettant de fabriquer les précieuses bombes atomiques que de plus en plus de nations dans le monde veulent posséder au prix de tous les sacrifices et de toutes les opiniâtretés…

Il est pourtant notoire qu’il n ‘est ni raisonnable ni heureux de vouloir reconvertir à l’usage civil des matériaux ou des matériels conçus dans un but de guerre, aucune complémentarité ou interchangeabilité ne pouvant exister entre les domaines militaire et civil, évidemment radicalement antagonistes… et donc incompatibles et l’entêtement officiel affiché à cet égard fait problème. Mais revenons-en à la France… et dès lors au Salon des Maires et des collectivités locales en tant que «grand rendez-vous de l’achat public», qui se déroule chaque année à Paris en novembre. Très logiquement, toute implantation sur le territoire français d’une unité de production d’énergie, nucléaire ou autre intéresse les maires et responsables de collectivités locales des espaces concernés, et la session de 2009, des 17, 18 et 19 novembre dernier à Paris Porte de Versailles a servi de vitrine, par l’intermédiaire d’EDF, au chantier «EPR» de «3e génération» de Flamanville (Manche), qualifié de «plus grand chantier d’Europe».

Il est évidemment prévu pour répondre à sa mesure à la croissance des besoins en énergie auxquels s’est condamné le monde moderne du progrès et des profits; cette énergie finit inévitablement par être gaspillée en entraînant  des ruptures de plus en plus flagrantes des processus naturels assurant l’équilibre climatique et écologique de la planète. La croissance par an de tels besoins d’ici à 2030 exprimée en électricité (soit le triple en chaleur) est estimée à 0,5% pour la France et à 1,6% pour toute l’Europe. Quant aux besoins mondiaux, ils devraient avoir augmenté de 60% d’ici à 2030…

Il est donc bien clair qu’une filière nucléaire de plus grande efficacité et de meilleur rendement que les filières actuelles dites classiques que l’on cherche toujours à imposer partout dans le monde, , moins vulnérables aussi dans le cas d’éventuelles agressions de type terroriste va devoir rapidement prendre leur relais. Nous examinons ci-après ce que l’on peut attendre à cet égard des RSF de thorium.

Le chantier de Flamanville

Dans cette quête, le chantier de Flamanville où se trouvent déjà deux réacteurs de 1.300 mégawatts (MW) électriques chacun, installés dès 1985 et 1986 selon la technologie «EP» (eau pressurisée) de cette époque, moins sophistiquée que celle de nos jours, va nous servir de référence. Le «Réacteur à Eau Pressurisée» (EPR) qui doit y être implanté, (l’eau, pressurisée pour rester liquide à très haute température – 255°C – assurant l’indispensable ralentissement des neutrons) devrait commencer à fonctionner pour 30 ans à partir de 2012. C’est une unité de 1.650 MW électriques, elle est dite de «3e génération» car elle comporte quatre systèmes de sauvegarde (ou de sécurité), contre deux pour les réacteurs déjà en service sur le site depuis une vingtaine d’années.

Les centrales de ce type fonctionnent à partir de «crayons» longs de plusieurs mètres, résultant de l’empilement de pastilles d’environ un centimètre de diamètre d’oxyde d’uranium «enrichi» comme déjà dit, placés dans une infrastructure  adéquate ou «assemblages». Le refroidissement, très «mesuré», nous y revenons plus loin, est opéré par de l’eau pressurisée comme déjà dit envoyée dans des batteries d’échangeurs devant comporter d’immenses surfaces d’échange calorifique, étant données les conditions fort délicates et «pointues» à l’extrême caractéristique de cette technologie; les quantités de chaleur à évacuer sont en effet énormes compte tenue de la puissance affichée de l’unité en voie de construction. Il n’est pas inutile de se demander à quels coûts peuvent bien correspondre de telles prouesses techniques, dont l’excellence ne dispense pas pour autant d’aménager sous la cuve un espace (ou «cendrier») où seraient recueillis les produits de la fusion du réacteur en cas d’incident grave au niveau du refroidissement… et un tel espace est effectivement prévu d’emblée.

L’évacuation finale des calories non transformées en énergie électrique, est évidemment demandée à l’eau de mer, dont il est envisagé d’employer de l’ordre de 150 m3 par seconde, 24H sur 24. La mer se réchaufferait ainsi localement de 3°C. Ce processus serait continu, le régime de croisière des EPR n’étant pas en soi vraiment modifiable, sa modulation entrainant des pertes économiques; dans les périodes de moindre demande (la nuit et en été), il est préféré de vendre l’énergie produite à prix «promotionnels»… L’énergie en question est bien entendu celle des turbines qui vont convertir en énergie mécanique, selon le rendement thermodynamique de Carnot (35%) l’énergie thermique dégagée par l’EPR, elle-même étant convertie ensuite en énergie électrique, seule transportable, par des générateurs appropriés.

Les contraintes liées à la technologie «EPR»

Pratiquement la quasi-totalité de l’énergie thermique émanant des EPR provient de la fission du 235U. La température centrale des «crayons» en cours de «combustion» nucléaire est de l’ordre de 2.000°C, la température périphérique n’étant que de l’ordre de 300°C. L’eau pressurisée assurant le refroidissement ne doit pas faire baisser cette température périphérique de plus de 36°C, afin que soient évités des chocs thermiques destructeurs. D’où la nécessité, déjà évoquée, de disposer de batteries d’échangeurs calorifiques aux capacités immenses, aptes à distribuer efficacement les quantités de chaleur émises aux dispositifs en assurant la transformation en énergie transportable ou le rejet dans l’environnement de ce qui n’a pas été transformé en raison du rendement de Carnot. Ce rendement peut être d’ailleurs très significativement augmenté par rapport à celui permis par la technologie EPR, par exemple au sein de filières nucléaires, structurellement différentes, ce que nous développons de manière documentée dans la suite de notre propos

La sage voie du recours délibéré aux filières à vocation strictement civile

Face à la centrale «EPR» de 1.650 MW électriques de Flamanville qui n’existerait  qu’à partir de 2012, nous allons «camper» une centrale à sels fondus de thorium de 1.000 MW électriques qui n’existe pour le moment pas davantage, mais qui pourrait être rapidement suscitée, les know-how (ou savoir faire) indispensables étant parfaitement connus.

Supériorité pratique des RSF

Les Réacteurs à Sels Fondus (RSF) de thorium (ce sont des tétra fluorures de Thorium ThF4) présentent plusieurs avantages décisifs au plan socio-économique par rapport aux filières type EPR (ou «PWR» en anglais). En raison des différences structurelles de leur conception même n’existe pas les concernant le problème posé par la masse des assemblages et gaines en «Zircalloy» (ou alliage de Zirconium approprié) destinés à devenir, des déchets radio-actifs pour des centaines de milliers d’années passée la durée de vie des EPR (30 ans) suivie de l’immersion en «piscine». De nos jours, la masse mondiale de tels déchets dépasse les 250.000 tonnes. Un réacteur à sels fondus est  également établi pour  30 ans, ceci afin que l’«isotropie» (ou identité comportementale en toutes directions) de sa «couverture» en graphite de grande pureté assurant le ralentissement des neutrons ne finisse pas par être compromise par le bombardement neutronique au-delà de cette durée. Quant aux sous produits radioactifs mêmes d’une filière au thorium, qui sont eux aussi de grande dangerosité, ils offrent l’avantage extrême d’une durée d’extinction de leur radioactivité ne dépassant pas la centaine d’années!

Autres atouts spécifiques

L’encombrement réduit d’un RSF par rapport aux EPR (et à toute les variantes en existant dans le monde) entraîne bien d’autres précieux avantages encore: une donnée essentielle est celle de la puissance thermique ramenée globalement au mètre cube de milieu réactif, ou puissance volumique. Elle est pour les RSF de 7,2 MW thermiques/m3. Un RSF de 1.000 MW électriques (soit 2.174 MW thermiques étant donné le rendement de Carnot de l’ordre de 44% permis par cette filière, comparable à celui des centrales thermiques les plus modernes brûlant des combustibles fossiles) aurait un volume total, compte tenu de la «couverture graphite», de moins de 100 m3, équivalent à celui occupé par un cube de quelque 4,5 mètres de côté, pouvant être aisément enterré, ainsi que l’équipement des turbines et générateurs conduisant à l’énergie électrique, seule désirée.

Dans ce cas de figure, et bien mieux encore si l’on multiplie les réacteurs de moindre puissance pour les installer à proximité des villes, la chaleur non transformée, au lieu d’être dispersée dans l’environnement aérien ou marin, pourrait être canalisée vers les réseaux de distribution du chauffage urbain ou recevoir d’autres utilisations encore, selon les saisons. Est-il besoin de souligner les gains d’énergie ainsi possibles, à une époque où elle est de plus en plus chère et taxée. N’oublions pas non plus les économies réalisables du côté même du transport de force, nécessitant alors des infrastructures moins lourdes et vulnérables et déparant moins l’environnement que celles en usage de nos jours.

Les principes de fonctionnement des RSF (fig. MSR 06)

La figure qui nous sert d’illustration est un simple schéma, non un plan, aucune échelle n’y étant respectée; il est légendé en anglais; «MSR» ou «Molten Salt Reactor» étant la transposition de RSF.

Le circuit primaire

Le circuit primaire, fortement radioactif, contient tout le sel «combustible» de l’installation, placé dans une cuve en alliage particulier à base de nickel, l’«Hastelloy N modifié». Le sel «combustible» fondu est «forcé» par une pompe de circulation à travers des barres creuses de graphite (ralentisseur de neutrons) de 10 centimètres de large qu’il parcourt de bas en haut, mais la pression interne, due à la viscosité du mélange de fluorures fondus qui constitue le milieu réactif n’est cependant que de 3 à 4 bars, grâce à des fluorures additifs permettant précisément de la limiter, la molécule présente en proportions prépondérantes restant ThF4.

Au-dessus de la cuve, une barre de contrôle (Control Rod) régule le régime des fissions selon sa position ; en dessous de la cuve, un réservoir de vidange (drain tank), dont l’accès est commandé par un bouchon de sel solide (freeze valve) pouvant être rapidement reliquéfié accueille en cas d’urgence le contenu de la cuve, lequel n’est plus alors en situation de diverger.

Les parois de la cuve sont protégées des chocs neutroniques par d’épaisses couvertures de graphite (inférieure, latérales et supérieure)

Le circuit secondaire

En pleine zone de haute radioactivité, le circuit secondaire a pour rôle de transférer la chaleur au circuit vapeur, sans transfert de matières radioactives. Le fluide caloporteur est un mélange de fluorure et de fluoborate de sodium, compatible en faibles proportions avec les fluorures réactifs… et avec l’eau! Comme dans le nucléaire type «EPR», la mise en œuvre d’échangeurs de très haute efficacité technologique est primordiale, mais les surfaces d’échange nécessaires sont beaucoup plus faibles.

Le circuit vapeur

Eloigné de toute radioactivité, le générateur de vapeur produit de la vapeur surchauffé à 538°C. le rendement thermodynamique (de Carnot) de l’ensemble turbines-générateurs d’électricité est de 44%.

Les réactions nucléaires assurant la genèse de l’énergie thermique

Parlons tout d’abord très rapidement de leur «démarrage». On peut évidemment avoir recours à du trifluorure de plutonium (PuF3) ou du tétra-fluorure d’uranium 235 (235 UF4), sous-produits du «nucléaire à l’uranium», mais ce n’est pas pour autant que les RSF en dépendent, car il peut être aisément fait appel à d’autres processus pour provoquer le bombardement neutronique initial indispensable. On s’est même aperçu en 2007 que les sels fondus d’un réacteur à l’issue des 30 ans contiennent assez de 233 UF4 (à isoler par voie chimique) pour démarrer un nouveau réacteur.

Capteur de neutrons, le thorium (ou 232Th) se mute en 233Th, lequel évolue en «protactinium 233» (233Pa), lequel évolue de même en «Uranium 233» (233U) qui est fissile et entretient la réaction de divergence. Une petite proportion du 233Pa évolue en «uranium 232», dont la filiation comporte des émetteurs gamma dangereux, mais avec des durées d’extinction relativement courtes, nous l’avons déjà dit.

D’autres atomes produits de fission (PF), dangereux  ou capteurs de neutrons (neutrophages) apparaissent en très grand nombre et il faut les extraire (par voie chimique) en continu du milieu réactif, ce qui se fait selon des procédures automatisées.

«L’uranium 233» ne peut être extrait isolément de «l’uranium 232», ce qui interdit son emploi pour la constitution d’une «arme de destruction massive» (ADM).

En résumé

Les RSF sont donc une filière spécifiquement civile, aux multitudes avantages cumulés, tant au plan de l’exploitation pratique à tous égards, qu’au plan économique, le thorium étant quatre fois plus abondant que l’uranium, mieux utilisable et beaucoup moins cher. Le régime de croisière de ces réacteurs est, répétons-le, facilement modulable en fonction de la demande énergétique extérieure, les retraitements de type «la Hague» exclus, la quantité de leurs déchets minimisée et le durée de leur vie limitée à 100 ans; quant au rendement thermodynamique leur correspondant de la transformation de la chaleur en énergie électrique, il est quasi insurpassable du fait même de leur conception; leur adoption générale est donc résolument souhaitable au plus tôt. Elle ferait cesser l’épuisement éhonté et aberrant de l’uranium naturel, utilisé pour le seul 235U qu’il contient, alors que le recours généralisé aux RSF de thorium, élément surabondant et peu coûteux, serait la voie royale de la résolution des problèmes énergétiques du genre humain pour des... millions d’années!

Nécessité faisant toujours loi, verrons-nous les pays dits émergents, car ils le peuvent sans contrainte, en prendre conscience et isoler économiquement à terme l’occident irresponsable, dont ils sont l’encadrement politico-économique inéluctable.

Car il est proprement désolant de voir stupidement ignorée une filière aussi gratifiante et adaptée tandis que des frais gigantesques, en définitive supportés par les contribuables, sont engagés sans aucun possible avenir dans des recherches en vue de réaliser sur Terre la «fusion» de noyaux d’hydrogène, alors que les lois de la relativité générale, piteusement et désastreusement ignorés des scientifiques de notre temps, l’interdisent absolument. Une telle opération n’est en effet – et à jamais – possible que dans le contexte gravitationnel stellaire où elle ne cesse d’ailleurs de se produire de toute éternité…

Références

Nous nous référons tout d’abord à notre grand camarade Alfred Lecocq, ingénieur ENSCL, docteur d’Etat en Sciences Physiques, membre de l’International Thorium Molten Salt Forum ainsi que nombre de physiciens dans le monde entier, comme le professeur Kazuo Furukawa au Japon, aux travaux du polytechnicien Marcel Macaire, docteur d’Etat ès Sciences et en Sciences Economiques (décédé en 1998), aux travaux du Los Alamos National Laboratory (Etats-Unis), du Russe V.A. Simonenco et des chercheurs (jusqu’en 1975) de l’ORNL (Oak Ridge National LAboratory USA) et de tant d’autres.