RÉUSSIR LA TRANSITION
 

Ce site essaye d'analyser l'impact de l'énergie et de sa production sur le développement.
L'auteur de ce site se considère comme prônant l'écologie, bien qu'il soit favorable à l'énergie nucléaire.
La justification de ce point de vue est l'un des sujets abordés dans ce site.

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La filière Thorium

La très grande majorité des réacteurs en service fonctionne selon un cycle fondé sur l'Uranium. L'Uranium 235 est fissile alors que l'Uranium 238 est fertile car il est capable de capturer un neutron pour se transmuter en Plutonium 239. On a donc deux éléments fissiles, un qui est naturel, l'Uranium 235, et un qui est artificiellement produit dans les réacteurs, le Plutonium 239. Ces deux éléments fissiles sont utilisés pour produire de l'énergie, l'Uranium le plus souvent, et le Plutonium dans quelques installations expérimentales à spectre rapide ou pour constituer du MOX utilisable dans certain réacteurs à spectre thermique.

Le Thorium 232 est également fertile, il peut capturer un proton pour donner de l'Uranium 233 qui est fissile. Peut on fonder sur lui une filière nucléaire intéressante? On va montrer que la réponse est positive :

 
- D'abord le Thorium est plus abondant que l'Uranium dans un rapport 3 à 4.
- Son numéro atomique est plus faible et de ce fait il produit moins d'actinides mineurs ce qui rend ses déchets plus faciles à gérer.
- Les résidus miniers du Thorium posent beaucoup moins de problèmes que ceux de l'uranium.

Toutefois, comme pour l'Uranium 238 on ne peut l'utiliser qu'en amorçant la réaction avec une charge de matériaux fissile soit de l'Uranium 235, du Plutonium 239 ou de l'Uranium 233. Sachant qu'à ce jour on ne dispose pas du dernier élément pour constituer une charge.

Il y a alors deux possibilités principales : la première c'est d'utiliser des surgénérateurs comme avec l'Uranium 238, on choisira alors de préférence une charge de Pu 239 pour amorcer le cycle, afin d'éviter la production d'actinides mineurs liés à la présence d' Uranium 238 en cas de charge de type Uranium. La deuxième ce sont les réacteurs à neutrons thermiques à sels fondus.

Dans le premier cas on va consommer plus de plutonium que dans les filières classiques et produire de l'Uranium 233, qui sera consommé à son tour. L'avantage sur les déchets produits, bien que significatif, ne sera pas considérable. Par contre l'utilisation dans des réacteurs à sel fondus minimise la charge nécessaire pour initialiser le cycle et minimise aussi la production d'Uranium 232 qui est le déchet le plus génant du cycle thorium (à cause de sa transformation en TI 208 qui est très radioactif).

Cette filière peut fonctionner en mode critique si la charge et la géométrie de la matière fissile sont adaptées et en mode sous critique, si on le souhaite. Dans ce dernier cas il faudra adjoindre une source artificielle de neutrons pour que la réaction ait lieu (réacteur hybride).

Ce dernier type de réacteur est le plus intéressant du point de vue de la gestion des déchets : on se propose de les présenter avant de montrer comment on pourrait les utiliser pour rendre le nucléaire relativement durable et propre.


Les réacteurs Hybrides 
 
Ce type de réacteurs ne fait pas partie de la génération 4 car il est considéré comme arrivant à maturité après 2030. Mais il pourrait y arriver peu de temps après si on y met un peu de priorité. Il  est intrinsèquement plus sûr car il est sous critique et a besoin d'une source séparée de neutrons pour fonctionner. Si on arrête la source de neutrons, le réacteur ralentit et s'arrête aussi. Il ne peut donc pas s'emballer suite à une défaillance.

Le dessin ci-dessous, est issu de la thèse de Denis Kerdraon, et représente un exemple de réacteur hybride à combustible solide proposé par Framatome :
 
Proposé par Framatome

Il s'agit d'un réacteur à spectre de neutrons rapides utilisant  des combustibles solides, tels que ceux développés pour les surgénérateurs, avec un module de spallation doté d'une cible liquide en alliage de plomb-bismuth et utilisant un caloporteur gaz (hélium) pour le massif sous-critique. Mais il est aussi possible d'avoir le même genre de réacteur avec une charge de combustible de type sels fondus (RSF), dans ce cas on peut même envisager que la cible de spallation soit le combustible lui-même. Les réacteurs hybrides n'ont que des avantages, on peut les charger en actinides mineurs sans compromettre la sécurité car ils sont sous-critiques, mais ils ont un coût plus importants du fait de leur complexité. En effet on peut considérer que le coût est grossièrement celui d'un réacteur plus classique auquel on additionne le coût de la source de neutrons. De plus l'accélérateur de protons doit être puissant et avoir une fiabilité qui limite le nombre de pannes à quelques unes par an, ce qui n'est pas gagné d'avance.

Le démarrage d'une filière RSF fondée sur le cycle thorium/uranium nécessiterait une période de transition en vue de la constitution d'un inventaire en U233 suffisant. Cette constitution serait assez longue, de l'ordre de vingt ans, en utilisant les réacteurs disponibles. On pourrait la réduire à cinq ans en utilisant un réacteur du type précédent, à neutrons rapides, pour constituer l'inventaire du réacteur à sels fondus à neutrons thermiques.

L'un des avantage des réacteurs à sel fondus, est qu'ils peuvent être surgénérateurs aussi bien avec des neutrons rapides qu'avec des neutrons thermiques. Ce type de réacteur pourrait aussi incinérer les actinides mineurs produit par les EPR et les REP ainsi que du plutonium.

En effet on peut démarrer les réacteurs à sel fondus avec une charge de plutonium plutôt q'une charge d'uranium 233. Dans ce cas on produit plus de déchets, mais si on ne retire jamais les actinides mineurs du sel fondu, ils finiront par être tous incinérés. Cette approche peut être complété par une autre mesure qui consisterait à remplacer l'uranium 238 par du thorium 232 autour du coeur des RNR afin de produire de l'uranium 233 par capture des neutrons rapides en lieu et place du plutonium. L'ensemble permettant une montée en charge plus rapide des RSF.

Si l'on ne souhaite pas une transition vers le cycle Thorium/Uranium, ce qui semble être le cas en France du fait de l'existant, on se dirigerait vers une définition du parc de réacteurs qui serait la suivante :

Pour la production d'énergie le parc est constitué de réacteurs REP chargés en combustibles UOX et MOX et de RNR qui permettent le multi-recyclage du plutonium seul. Par ailleurs il y aurait aussi des réacteurs hybrides pour incinérer les actinides mineurs et certains produits de fission à vie longue.

Si par contre on s'autorise une telle transition vers un cycle Thorium/Uranium, on pourrait remplacer les RNR par des RSF du cycle Thorium/Uranium, utiliser des réacteurs hybrides utilisant des combustibles solides pour constituer les charges initiales U233 et pour incinérer une partie des actinides mineurs produit par les REP historiques. Cette approche permettrait de laisser s'éteindre petit à petit la filière des REP. Finalement il ne resterait plus que des réacteurs à sels fondus au thorium qui produisent peu de déchets. 



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