Énergie renouvelable : produire plus propre et à moindre coûts avec le Thorium !

Les pays qui souhaitent rester indépendants dans le domaine de l’Énergie développent classiquement des moyens de productions d’électricité tels que les centrales nucléaires ou les centrales thermiques… mais utilisent aussi des énergies renouvelables : panneaux solaires, éoliennes… Un des enjeux majeurs pour les années futures est de produire de l’énergie en limitant la pollution de l’environnement tout en réduisant les coûts de production. A cet égard, plusieurs programmes privés et publics de recherches tentent de réaliser un programme nucléaire propre compatible avec les énergies renouvelables actuelles, l’opportunité de développer des centrales nucléaires au Thorium apparaît alors comme prometteuse.

Nucléaire au Thorium : vers un combustible propre ?

Les réacteurs nucléaires restent les garants de l’indépendance énergétique en France et dans de nombreux pays. La plus grosse partie de la production d’électricité française provient des centrales nucléaires. En effet, ces centrales représentent plus des ¾ de la production d’électricité du pays. Néanmoins, elles sont vivement critiquées. La sécurité de ces installations bien qu’elles soient soumises à des normes très strictes n’en demeurent pas moins potentiellement néfastes pour l’environnement en cas d’accident (Tchernobyl, Fukushima,…).

Une des solutions pour limiter les risques de contaminations radioactives de l’environnement serait d’utiliser un autre combustible. En effet, actuellement le combustible utilisé dans les centrales à fission nucléaire est l’uranium qui est très radioactif et qui de plus possède une période de radioactivité de plusieurs centaines de milliers d’années.

Il existe un type de centrale nucléaire qui utilise du thorium. Ces centrales au thorium utilisent des réacteurs à Sels Fondus, autrement dit le combustible est à l’état liquide contrairement à l’Uranium que l’on utilise actuellement. Ces centrales ne sont pas nouvelles car le premier prototype a fonctionné aux États-Unis entre 1965 et 1969 dont uniquement au Thorium en 1969.

Pour rappel, le thorium est un métal légèrement radioactif et particulièrement dense énergétiquement parlant. À titre de comparaison 1kg de Thorium équivaut à 200kg d’Uranium et 3,5 millions de kilos de charbon. De plus, le thorium est 4 fois plus abondant sur la planète que l’Uranium et sa répartition est globalement uniforme à l’échelle de la planète. Au vue de la consommation énergétique actuelle, si l’on utilisait du thorium les réserves mondiales seraient estimées à 10 000 ans alors qu’avec le rythme de la consommation actuelle en Uranium, on estime qu’il sera en rupture d’ici 80 ans

Quels sont les avantages du Thorium ?

Tout d’abord, le Thorium est plus abondant que l’Uranium et plus dense énergétiquement. En effet selon le Nobel de physique Carlo Rubbia, 1 tonne de Thorium produit autant d’énergie que 200 tonnes d’uranium. D’une part, le Thorium peut s’avérer plus sûr en termes de sécurité des installations utilisées et d’autre part il semble être plus respectueux au niveau de la contamination radioactive.

Actuellement une grande majorité des centrales nucléaires utilise des Réacteurs à Eau Pressurisés (REP) qui fonctionnent à 160 fois la pression atmosphérique (environ 160 bar) alors que les centrales au Thorium fonctionnent à la pression atmosphérique. En cas de rupture, il n’y a pas de gaz radioactif expulsés vers l’extérieur pour les centrales de Thorium. De plus, une des grandes difficultés du processus des centrales nucléaires fonctionnant à l’Uranium est de stabiliser la réaction. En effet, lorsque la température du cœur augmente, la quantité de réaction nucléaire augmente aussi ce qui crée un cercle vicieux et surtout une réaction en chaîne avec un emballement du système jusqu’à son explosion (Cf : Catastrophe de Tchernobyl). Les centrales au Thorium réagissent de manière inverse, c’est-à-dire que plus la température augmente et moins on a de réaction, le système est auto-stabilisé. Par ailleurs, en cas de panne d’alimentation d’une centrale au Thorium, l’intervention humaine ne serait pas requise et la centrale se refroidirait pas convection. A l’inverse, le réacteur d’une centrale à l’uranium doit être refroidi à l’aide de pompes ou d’autres systèmes de refroidissement.

D’autre part, les déchets qui sortent des réacteurs des centrales fonctionnant avec de l’Uranium doivent être conservés pendant des centaines de milliers d’années en confinement afin qu’ils ne représentent plus de danger pour l’environnement. Cela est différent pour les centrales au Thorium : en sortie de réacteur 83 % du volume des déchets sont neutralisés en 10 ans, les 17 % restant sont quant à eux neutralisés en 300 ans, soit une durée de vie des déchets radioactifs divisée par 1000 ! De plus, il serait possible de recycler les déchets radioactifs actuels dans les centrales au Thorium.

Quel est l’avenir du Thorium ?

Le Thorium semble être un combustible très avantageux. Il est plus abondant, moins radioactif et possède un processus d’exploitation plus stable. Toutefois, comme mentionné plus haut bien que les premiers prototypes aient vu le jour dans  les années 60, le programme fut arrêté en 1970. Pourquoi alors ne l’a-t-on pas utilisé et a-t-on préféré l’utilisation de l’Uranium ?

Un premier élément de réponse peut se trouver dans le contexte de l’époque, les États-Unis développent leur programme nucléaire militaire et maîtrisent le processus de l’Uranium qui leur permet d’obtenir le Plutonium, élément indispensable pour l’obtention de la bombe nucléaire, alors que la filière du Thorium ne permet pas d’obtenir du Plutonium. Un deuxième élément de réponse, qui est encore d’actualité, est la maîtrise du processus de réaction, bien qu’il semble moins contraignant que pour celui de l’Uranium, il n’en ai pas pour autant maîtrisé. De plus, le thorium ne peut fonctionner seul, il lui faut de l’Uranium pour pouvoir réagir même si les quantités d’Uranium sont plus faibles que celles pour des centrales nucléaires fonctionnant uniquement à l’Uranium.

De nos jours, il est possible de s’interroger sur la compatibilité d’un programme nucléaire au Thorium et de la politique de promotion des énergies renouvelables.  Pour rappel, un des problèmes auxquels nos centrales nucléaires actuelles sont confrontées est qu’elles ne peuvent fonctionner en tandem avec d’autres installations, car elles ne supportent par le suivi de charge, c’est-à-dire la variation de puissance de fonctionnement de la centrale. On ne peut donc pas adapter nos centrales avec des sources éoliennes et photovoltaïques pour moduler la charge en fonction de la demande des consommateurs. Les centrales au Thorium nous permettraient de faire fonctionner toutes nos installations en parallèle. On pourrait donc augmenter notre part d’installation pour la production d’énergie renouvelable et avoir recours aux centrales au Thorium si la demande des consommateurs augmentait. Cette technologie semble de plus complètement en accord avec l’émergence des « smart grids ».

D’ici quelques années nos centrales sont destinées à changer, que ce soit avec des réacteurs à Sels Fondus ou non. Il existe à ce propos un projet de centrale nucléaire fonctionnant sur le principe de fusion des noyaux et non de fission comme c’est le cas aujourd’hui qui produirait autant d’énergie que tout le parc nucléaire français. Néanmoins ce projet a commencé depuis plus de 30 ans et beaucoup de questions techniques semblent encore floues. Aujourd’hui, bien qu’encore peu médiatisé, plusieurs pays sont actifs dans la recherche concernant les réacteurs à Sels Fondus, et notamment avec l’utilisation de Thorium comme combustible. La Chine est pour l’instant un des pays qui a investi le plus de moyens financiers et humains dans un  programme de nouvelles générations de centrales nucléaires. Ce programme vise à construire trois prototypes d’ici une dizaine d’année.

 Les réacteurs à sels fondus semblent pour l’instant être une technologie très intéressante aux yeux des scientifiques et des ingénieurs pour les réacteurs nucléaires de 4^ème génération, et le Thorium occupe un part importante dans le choix des futurs combustibles.