Dans la province de Gansu, au nord‑ouest de la Chine, des scientifiques ont conçu et construit avec succès un réacteur expérimental à sel fondu alimenté au thorium. Ils sont sur le point de l’activer.
À l’origine, la date d’achèvement du prototype était prévue pour 2024, mais un budget de recherche et de conception important, ainsi qu’une impulsion de Pékin, ont permis d’achever le réacteur plus tôt.
La technologie qui sous‑tend le réacteur à sels fondus n’est pas nouvelle. Alvin Weinberg, du laboratoire national d’Oak Ridge, avait exploité un prototype similaire dans les années 1960. Mais finalement, on utilise des réacteurs classiques refroidis par eau.
Il est à noter que si les Chinois réussissent à passer de l’uranium au thorium et à prouver la viabilité commerciale de leur nouveau réacteur nucléaire, ils espèrent obtenir tous les droits de propriété intellectuelle.
Le premier du genre
En janvier 2011, l’Institut de physique appliquée de Shanghai a lancé un programme de recherche et de conception de 444 millions de dollars pour un réacteur à sels fondus alimenté au thorium (TMSR). La recherche et le développement ont été couronnés de succès et, en septembre 2018, la construction du TMSR a commencé. La date d’achèvement est prévue pour 2024.
Cependant, 2024 était un horizon trop lointain pour certains. Après avoir réussi à accélérer la construction, le ministère de l’Écologie et de l’Environnement a approuvé la demande de l’Institut de physique appliquée de Shanghai de démarrer son réacteur de 2 mégawatts thermiques (MWt) le 2 août, selon l’Association nucléaire mondiale.
« Notre bureau a procédé à un examen technique des documents de demande que vous avez soumis, et estime que votre plan de mise en service du réacteur expérimental de 2 MWt à combustible liquide et à base de thorium et de sels fondus est acceptable et est approuvé par la présente. »
Le ministère a précisé qu’en cas d’« anomalie majeure » au cours du processus de mise en service, l’anomalie doit être signalée « à temps » à la station de supervision de la sécurité nucléaire et radiologique du nord‑ouest.
Concernant la production d’énergie, 2 MWt peuvent alimenter environ 1000 foyers. Le prototype ne générera pas une quantité importante d’énergie par rapport aux réacteurs nucléaires traditionnels. Mais s’il fonctionne correctement, la Chine espère construire une centrale de 373 MWt d’ici 2030.
Dans un premier temps, le thorium ne représentera que 20% de la source de combustible du TMSR. L’objectif est de passer de 20 à 80% de fission de thorium.
La Chine surveille de près la conception de son TMSR. Toutefois, l’Association nucléaire mondiale indique que le nouveau modèle s’appuie sur l’expérience du réacteur à sels fondus (MSRE) menée par le Oak Ridge National Laboratory en 1965.
Comme la Chine, le MSRE d’Oak Ridge a commencé avec un mélange de combustible composé d’uranium appauvri et enrichi. Puis, en 1968, l’uranium 233 a été ajouté au mélange – le thorium n’est pas fissile et ne libère pas d’énergie. Le thorium se transmute en isotope uranium 233 lorsqu’il absorbe un neutron.
Il est important de noter que le cœur d’un réacteur à sels fondus est constitué de sel liquéfié et de thorium transformé, ce qui permet au liquide de servir à la fois de liquide de refroidissement et de combustible. Autre avantage, les réacteurs à sels fondus fonctionnent à une pression plus faible, ce qui réduit le risque de fusion explosive, affirment les experts.
Après avoir inclus l’U‑233, le MSRE d’Oak Ridge a fonctionné avec succès jusqu’en décembre 1968. Cependant, les progrès des technologies nucléaires concurrentes et le manque de soutien politique ont conduit à sa fermeture. Par conséquent, le MSRE d’Oak Ridge Lab n’a jamais atteint la viabilité commerciale.
Thorium contre uranium
La technologie nucléaire actuelle repose sur le minerai d’uranium comme combustible. C’est un métal aussi commun que le zinc ou l’étain, mais ce n’est pas une ressource renouvelable.
Le total des ressources mondiales en uranium n’est pas connu. Mais les sources actuellement identifiées suffiront à alimenter les réacteurs conventionnels pendant environ 90 ans. Bien que cela puisse paraître inquiétant, il s’agit d’un « niveau de ressources garanties plus élevé que la normale pour la plupart des minéraux », selon l’Association nucléaire mondiale.
Les réacteurs nucléaires à l’uranium présentent néanmoins plusieurs inconvénients, dont le principal est que les déchets d’uranium sont radioactifs pendant des milliers d’années.
À l’inverse, le thorium est également abondant, peut‑être trois fois plus que l’uranium, et produit moins de déchets radioactifs avec une durée radioactivité d’environ 300 ans. Il est également plus stable chimiquement et relativement inerte, ce qui simplifie le stockage et l’élimination.
Autre avantage, les réacteurs à sels fondus ne nécessitent pas d’eau pour leur refroidissement, ce qui signifie qu’ils peuvent fonctionner dans les régions désertiques. La Chine prévoit de tirer pleinement parti de ce facteur en construisant des TMSR dans ses régions désertiques occidentales, rapporte Nuclear Engineering International.
Les réacteurs au thorium présentent toutefois quelques inconvénients.
Par exemple, les matériaux utilisés pour fabriquer les composants des réacteurs à sels fondus doivent conserver leur intégrité dans des environnements hautement corrosifs et radioactifs.
En 1995, le Defense Nuclear Facilities Safety Board a examiné le MSRE au Laboratoire national d’Oak Ridge. « On pense que les réservoirs de drainage du combustible sont en train de se corroder et qu’il existe un risque de fissuration par corrosion sous contrainte dans la tuyauterie du système d’évacuation des gaz et dans les receptacles des lits de charbon », selon le rapport (pdf).
Un problème connexe concerne les produits de fission radioactifs. Plus précisément, les produits de fission et les actinides sont radioactifs, et leurs effets chimiques peuvent ronger l’enceinte de confinement et migrer vers d’autres zones, ce qui est arrivé au MSRE d’Oak Ridge.
« Depuis l’arrêt de l’expérience du réacteur à sels fondus il y a 25 ans, plusieurs kilogrammes d’uranium fissile (principalement de l’U‑233) ont migré des réservoirs de drainage du combustible à travers la tuyauterie du système d’évacuation des gaz et se sont déposés dans une courte section d’un lit de charbon », indique le rapport du Defense Nuclear Board.
Quels que soient les inconvénients, la Chine pense que l’avenir de l’énergie nucléaire passe par les réacteurs à sels fondus au thorium. Et si la Chine réussit à prouver la viabilité commerciale de son TMSR, l’Académie chinoise des sciences prévoit d’obtenir tous les droits de propriété intellectuelle sur cette technologie, selon la World Nuclear Association.
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