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Article. Réacteurs nucléaires au thorium
Jean-Paul Baquiast et Christohe Jacquemin - 08/04/2011

Les risques liés à l'usage et à la dissémination de l'uranium et du plutonium mettent à l'actualité les possibilités d'un autre métal radioactif jusqu'ici ignoré de l'opinion, le thorium. L'accident très grave qui s'est produit récemment à la centrale japonaise de Fukushima redonne de l'intérêt au thorium. Selon les promoteurs de cette solution, il permettrait de poursuivre la production d'électricité grâce à des réacteurs ne présentant pas tous les risques des générations actuelles. Il fait déjà l'objet de nombreuses applications industrielles mais son emploi en fission présente un certain nombre de difficultés pratiques dont les défenseurs de l'uranium ont tiré prétexte pour ne pas l'expérimenter.
Wikipedia, comme à son habitude, propose une fiche documentaire décrivant le thorium sous ses divers aspects à laquelle nous ne pouvons que renvoyer le lecteur (voir ci-dessous)

Qu'en dire ici? Le thorium est plus abondant et mieux réparti que l'uranium. Aux rythmes les plus optimistes de développement de l'énergie nucléaire, les réserves en paraissent pratiquement inépuisables. Il s'agit d'un atout géopolitique essentiel. La principale difficulté à résoudre pour l'utiliser comme combustible dans les centrales actuelles obligerait à reconvertir celles-ci afin de modifier le coeur du réacteur.

La méthode qui paraît aujourd'hui la plus pratique consiste à mettre en oeuvre des réacteurs à sels fondus, où ceux-ci jouent à la fois le rôle de combustible et de fluide caloporteur. On utilise pour cela un sel de fluorure de thorium (lithium fluoride) suffisamment chaud (700° K) pour être liquide, ce qui élimine le besoin de fabriquer des éléments combustibles solides.

Le thorium par lui-même est faiblement radioactif. Il faut lui ajouter une petite quantité d'uranium 233 pour faire démarrer les réactions nucléaires. L'U-233 est radioactif et sa fission libère des neutrons qui transforment les atomes de thorium en de nouveaux U-233 tout en produisant de la chaleur. Il s'agit d'un cycle continu. On brûle de l'U-233 en consommant des atomes de thorium qui produisent de nouveaux atomes d'U-233. Le combustible perd la plus grande partie de sa chaleur en passant à travers un échangeur contenant de plus grande quantités de sels fondus. Ce sel peut alors être utilisé pour faire tourner des turbines générant de l'électricité.

On n'utilise donc pas d'eau comme fluide réfrigérant. On ne risque donc pas ainsi de produire de l'hydrogène par décomposition de l'eau, ce qui élimine le risque d'explosion dont on a vu les effets désastreux à Fukushima. Le fluorure de thorium, par ailleurs, est ininflammable. Ceci n'est pas le cas des barres de combustibles solides, qui peuvent prendre feu en dégageant des fumées fortement radioactives.

Enfin, le combustible liquide peut être utilisé jusqu'à épuisement de tous ses éléments radioactifs, ce qui élimine en grande partie la question des déchets. Rappelons que ceux-ci proviennent pour l'essentiel, dans les réacteurs classiques, des barres d'uranium devenues pour diverses raisons non utilisables par vieillissement mais qui conservent encore d'importantes quantités d'uranium actif.

En contre-partie de ces avantages, les sels de thorium sont hautement corrosifs, ce qui oblige à les confiner dans des matériaux spéciaux. Dans le cadre d'un démonstrateur ayant fonctionné de 1965 à 1969 à Oak-Ridge, un alliage de nickel-molybdène avait été utilisé, mais il s'est dégradé à son tour. De nouvelles recherches s'imposent, portant non seulement sur cette question du confinement mais plus généralement sur les différents processus du cycle, qui n'ont pas été mis à l'épreuve récemment.

Jusqu'à présent ces recherches n'intéressaient personnes, notamment pas les industriels du nucléaire s'étant investis dans les technologies utilisant l'uranium ou le plutonium, qui ne souhaitaient pas susciter d'alternatives. Nous pensons pour notre part qu'il serait indispensable désormais d'expérimenter sérieusement et à grande échelle les réacteurs à fluorure de thorium liquide (LFRT ou Liquid Fluoride Thorium Reactor). Différents projets se font jour, dans différents pays dont la Chine et l'Inde, très motivée.

L'Europe, par l'intermédiaire d'Euratom, a lancé une petite étude d'1 million d'euros, avec la participation du Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie de Grenoble. Elle se poursuivra jusqu'en 2013, avant de déboucher sur des recherches de financement.
Nous pensons qu'il serait dorénavant utile d'accélérer ces recherches et de créer un débat ouvert entre spécialistes de la question.

Image: Elément de monazite. La monazite, phosphate de thorium et de terres rares, est le principal minerai de thorium.

Pour en savoir plus
Thorium. Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Thorium
Voir aussi en français http://fr.wikipedia.org/wiki/Thorium
Voir aussi le Journal du CNRS http://www2.cnrs.fr/journal/736.htm
Elsa Merle Lucotte du LPSC chercheuse en électro-nucléaire http://merlee.home.cern.ch/merlee/pages/recherche.html
Sur le thorium, on peut lire aussi cet article ainsi que les réactions
http://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/energie-nucleaire-a-base-de-91442 .