Trouver des alternatives durables aux combustibles fossiles est devenu l’une des questions les plus pressantes de notre époque. Si les sources d’énergies renouvelables sont généralement présentées comme la seule solution responsable, leur capacité à fournir les capacités requises reste un sujet de controverse.
Les recherches confirment que le réacteur au thorium alimenté au sel fondu présente des performances remarquables en termes de sécurité, d’environnement et d’économie, et qu’il est plus proche de l’énergie éolienne offshore que vers l’énergie nucléaire conventionnelle à cet égard. Une technologie qui promet une production d’énergie à grande échelle, à faible émission de carbone et sans doute durable, capable de résoudre certains des plus grands problèmes énergétiques de notre époque, semble être à notre portée. Décryptage.
Les défis de l’énergie durable
Les menaces imminentes du changement climatique et de la rareté des ressources énergétiques ont incité le monde à rechercher des méthodes de production d’énergie plus durables.
Les sources d’énergie renouvelables sont des technologies importantes qui ont apporté une contribution précieuse au paysage énergétique mondial, mais il reste à voir si elles pourront remplacer les combustibles fossiles à l’échelle requise. Environ 12 % de la consommation totale d’énergie commercialisée sur le marché mondial provenait de sources d’énergie renouvelables en 2012, avec une projection de 16 % d’ici 2040. De nombreux pays n’atteignent toujours pas les objectifs de capacité requis pour endiguer le changement climatique.
Il est difficile de penser que les énergies renouvelables puissent complètement remplacer les énergies fossiles à moyen terme. La question qui se pose alors est la suivante : si nous ne sommes pas certains du succès de ces efforts envers le renouvelable, est-il raisonnable de tout miser sur celles-ci ?
Il serait certainement prudent de disposer d’une autre solution voire d’une solution complémentaire au cas où l’option énergies renouvelables ne puisse pas combler tous nos besoins.
Le thorium la solution aux problèmes du nucléaire
Qu’est-ce que le Thorium ?
Le thorium est un élément de base de la nature, comme le fer et l’uranium. Comme l’uranium, ses propriétés lui permettent d’être utilisé pour alimenter une réaction en chaîne nucléaire qui peut faire fonctionner une centrale électrique et produire de l’électricité . Le thorium lui-même ne se divise pas et ne libère pas d’énergie. Au contraire, lorsqu’il est exposé à des neutrons, il subira une série de réactions nucléaires jusqu’à ce qu’il devienne un isotope de l’uranium appelé U-233, qui se fissure et libère facilement de l’énergie la prochaine fois qu’il absorbe un neutron. Le thorium est donc dit fertile, alors que l’U-233 est dit fissile.
L’intérêt pour le réacteur au sel fondu (en anglais Molten Salt Reactor ou MSR) a connu une augmentation rapide de au cours des dernières années et ne montre aucun signe de ralentissement. Il s’écarte radicalement des hypothèses traditionnelles sur ce que devrait être un réacteur nucléaire. Cela lui confère plusieurs avantages importants et lui permet de résoudre les principaux problèmes associés à la conception des réacteurs nucléaires classiques.
Le fonctionnement des réacteurs au thorium
Les réacteurs qui utilisent du thorium fonctionnent selon ce qu’on appelle le cycle du combustible thorium-uranium (Th-U). La grande majorité des réacteurs nucléaires existants ou proposés utilisent cependant de l’uranium enrichi (U-235) ou du plutonium retraité (Pu-239) comme combustible (dans le cycle Uranium-Plutonium), et seule une poignée d’entre eux ont utilisé du thorium.
Le cycle du combustible Th-U a des capacités intrigantes sur le cycle U-Pu traditionnel. Bien sûr, il y a aussi des inconvénients.
La Chine et l’Inde ont toutes deux des réserves substantielles de minéraux contenant du thorium et moins d’uranium. Alors, attendez-vous à ce que cette source d’énergie devienne une grande question dans un avenir pas trop lointain…..
Le couplage du réacteur au sel fondu avec le cycle du combustible au thorium améliore encore ses performances. On croit que ce couplage est le moyen idéal d’utiliser le thorium comme combustible nucléaire.
L’énergie nucléaire présente les avantages de pouvoir assurer une production d’énergie à grande échelle et à faibles émissions de carbone. L’énergie nucléaire pourrait constituer une solution adéquate, mais suscite à raison une forte opposition à cause de 4 désavantages. Ce sont les raisons majeures pour lesquelles l’énergie nucléaire n’est pas perçue comme durable ! Voyez comment le Thorium peut apporter une solution à chacun d’eux :
1-. Sûreté des réacteurs nucléaires
Le premier problème de l’énergie nucléaire est la sûreté des réacteurs, c’est-à-dire la prévention des accidents et des catastrophes de type Fukushima/Chernobyl !
La caractéristique déterminante réacteur au sel fondu avec du Thorium est que son combustible est à l’état liquide, au lieu d’un solide comme c’est le cas dans les réacteurs classiques.
Comme le combustible n’est pas à l’état solide, le risque de fusion est éliminé. La fusion se produit lorsque les barres de combustible d’uranium solide surchauffent à un point tel que le matériau fond, ce qui peut avoir des conséquences désastreuses si le matériau s’échappe alors de son confinement.
Si la température du combustible augmente, le réacteur s’appuie sur plusieurs systèmes de sûreté passifs. Cela signifie qu’au lieu d’exiger une manipulation externe continue pour maintenir les températures à des niveaux sûrs, le réacteur rétablira automatiquement la sûreté sans aucune intervention extérieure. Dans le cas contraire, le combustible liquide devait s’échapper de son confinement, il se refroidit et durcit rapidement, emprisonnant les produits de fission dangereux à l’intérieur.
De plus, le liquide contenant le combustible sert également de liquide de refroidissement du réacteur. Contrairement au liquide de refroidissement de la plupart des réacteurs classiques: l’eau, la technologie associée au Thorium est refroidie par un mélange de sels fondus qui peuvent atteindre des températures beaucoup plus élevées sans se transformer en vapeur. Il n’est donc pas nécessaire de maintenir le liquide de refroidissement sous haute pression pour augmenter sa capacité d’absorption de chaleur, ce qui élimine le risque majeur d’explosion de pression.
2-. Déchets nucléaires
Le stockage sûr à long terme des déchets nucléaires présente des risques et des coûts élevés. .
La production de déchets nucléaires sera considérablement réduite avec le réacteur au sel fondu avec du Thorium. On s’attend à ce que le volume total soit 35 fois inférieur à celui des réacteurs classiques pour produire la même quantité d’énergie et que 99,99 % de ce qui reste soit stable en 300 ans, au lieu des dizaines de milliers d’années nécessaires pour les déchets nucléaires classiques. Le réacteur au sel fondu avec du Thorium peut également brûler des déchets nucléaires existants, contribuant ainsi à résoudre le problème des déchets existants.
La réduction des déchets s’explique en grande partie par le fait qu’elle utilise tout son combustible au lieu des 3 à 5 % courants dans les réacteurs classiques et qu’elle a un taux de conversion thermique en électricité plus élevé. Les produits de fission qui se forment peuvent simplement rester dans le combustible liquide et être brûlés ou éliminés s’ils ne sont pas désirés (p. ex. gaz xénon).
3-. Prolifération des armes nucléaires
Le potentiel de prolifération des armes nucléaires est aussi un frein au déploiement du nucléaire comme en témoigne les problèmes de la communauté internationale avec l’Iran.
Le potentiel de prolifération des armes nucléaires est fortement réduit avec le Thorium en raison de son inadaptation physique à la production d’armes. Bien que théoriquement possible, le réacteur est considéré comme un mauvais moyen d’y parvenir.
L’une des principales raisons de la résistance à la prolifération de réacteurs au sel fondu avec du Thorium est que la chaîne de désintégration du thorium produit de l’uranium 233, qui est toujours accompagné d’uranium 232. L’uranium 232 est presque inséparable de l’uranium 233 et produit un fort rayonnement gamma qui est très destructeur pour les composants, les circuits et le personnel de l’artillerie, ce qui le rend très peu pratique à manipuler.
4-. Coûts
Les coûts relativement élevés de la production d’énergie nucléaire. C’est une source d’énergie qui peut couter cher.
L’électricité générée par la technologie utilisée avec le Thorium sera nettement moins chère que l’électricité issue de la technologie nucléaire actuelle. Les facteurs qui contribuent à un profil de coût moins élevé sont :
- une construction simplifiée, y compris l’absence de systèmes de sécurité coûteux,
- une construction modulaire,
- une manutention simplifiée du combustible,
- une meilleure efficacité énergétique,
- la possibilité de procédés supplémentaires rendus possibles par la température de fonctionnement élevée.
Toutefois, il faut également tenir compte des constructions supplémentaires liées aux composants propres au système, comme le système de traitement du sel combustible.
Les réserves en Thorium
Enfin, la performance durable du combustible au thorium est renforcée par le fait qu’il est présent en abondance. On estime que les réserves sont suffisantes pour satisfaire les besoins énergétiques du monde entier pendant des dizaines de milliers d’années.
Évaluation des incidences de l’énergie provenant du Thorium sur l’environnement
Les impacts environnementaux ont été évalués à l’aide des normes largement acceptées en la matière. L’information qui a servi à alimenter l’évaluation a été tirée de la documentation existante sur le sujet, complétée par les commentaires d’experts dans ce domaine. En plus des caractéristiques environnementales classiques comme la contamination de l’air, de l’eau et du sol, les quatre principaux aspects négatifs perçus de l’énergie nucléaire ont été inclus.
Les impacts environnementaux ont ensuite été comparés à ceux du réacteur à eau pressurisée, le type de réacteur le plus courant en exploitation, ainsi qu’à ceux de l’énergie éolienne en mer en tant que référence pour une véritable production d’énergie durable en attribuant des points aux performances environnementales.
Bien qu’il soit clair que le premier se prêterait mieux à la comparaison que le second, on pourrait trouver suffisamment de points communs pour faire une comparaison significative. Lorsque cela n’a pas été possible parce que le vent ne possède tout simplement pas une caractéristique particulière, il a reçu un score parfait de 0 points. En cas de doute quant à l’attribution d’une importance relative à des caractéristiques particulières, le vent a bénéficié du bénéfice du doute pour éviter de brosser un tableau trop rose des options nucléaires.
Alors que l’énergie éolienne s’est avérée être l’option la plus durable sur le plan environnemental, comme prévu, avec 32 points d’impact sur l’environnement, la technologie au Thorium penche davantage vers l’énergie éolienne offshore dans le spectre des impacts environnementaux avec 73 points d’impact que vers l’énergie nucléaire classique, qui était responsable de 126 points.
Le Thorium est-il l’énergie durable de l’avenir ?
On ne peut déterminer avec certitude si la pratique confirmera les performances exceptionnelles de cette technologie jusqu’à présent qu’en poursuivant les recherches et en testant les prototypes sur la base de résultats favorables.
Si les principaux arguments contre l’énergie nucléaire en tant que source d’énergie durable sont les quatre principales questions de sécurité des réacteurs, de stockage des déchets, de prolifération des armes et de coûts, comment classer un réacteur nucléaire qui est sûr, qui a un profil de déchets considérablement amélioré, qui est très résistant à la prolifération et peut produire de l’électricité à moindre coût ?
Ce que nous avons appris jusqu’à présent au sujet de cette technologie est une bonne raison de poursuivre. Si les attentes actuelles se révèlent fausses, nous pouvons choisir une autre à ce moment-là.
Quels sont les principaux avantages de Thorium ?
Les cycles du thorium ne permettent que des réacteurs thermiques (par opposition aux surgénérateurs rapides). Plus de neutrons sont libérés par neutron absorbé dans le combustible dans un réacteur de type traditionnel (thermique). Cela signifie que si le combustible est retraité, les réacteurs pourraient être alimentés sans extraction d’U-235 supplémentaire pour accroître la réactivité, ce qui signifie que les ressources en combustible nucléaire sur Terre peuvent être augmentées de deux ordres de grandeur sans les complications des réacteurs rapides. L’élevage thermique est peut-être le mieux adapté aux réacteurs au sel fondu, qui sont discutés sur leur propre page ainsi que dans le résumé ci-dessous.
Le cycle du combustible Th-U n’irradie pas l’Uranium-238 et ne produit donc pas d’atomes transuraniens (plus gros que l’uranium) comme le plutonium, l’américium, le curium, etc. Ces transuraniens constituent la principale préoccupation sanitaire des déchets nucléaires à long terme. Ainsi, les déchets de Th-U seront moins toxiques sur une échelle de plus de 10 000 ans.
Exploration du thorium
Le thorium est présent en petites quantités dans les sols et les roches partout, et on estime qu’il est environ quatre fois plus abondant que l’uranium. L’Inde détient les plus grandes réserves de thorium au monde, bien que les réserves soient également importantes en Chine, en Australie, aux États-Unis, en Turquie et en Norvège, selon Reuters. Le métal se trouve dans les dépôts de veines épigénétiques, les dépôts à faible teneur et les dépôts de sable noir.
Abondance du Thorium
Le thorium est plus abondant dans la croûte terrestre que l’uranium, à une concentration de 0,0006% contre 0,00018% pour l’uranium (facteur 3,3x). Ceci est souvent cité comme un avantage clé, mais si vous regardez les réserves connues de Thorium économiquement extractible par rapport à l’Uranium[1,2], vous constaterez qu’elles sont presque identiques. De plus, on trouve de l’Uranium substantiel dissous dans l’eau de mer, alors qu’il y a 86 000 fois moins de Thorium. Si les cycles du combustible fermés ou l’élevage deviennent un jour un courant dominant, cet avantage ne sera pas pertinent parce que les cycles du combustible Th-U et U-Pu dureront des dizaines de milliers d’années, ce qui est à peu près aussi long que l’histoire moderne.
Bien qu’il soit abondant, peu d’entreprises explorent actuellement pour le thorium. En 2014, des projets d’exploration et de développement de terres rares associés au thorium étaient en cours en Australie, au Brésil, au Canada, au Groenland, en Inde, en Russie, en Afrique du Sud, aux États-Unis et au Vietnam. Skyharbour Resources (TSXV : SYH) est une société qui effectue actuellement des travaux d’exploration pour le thorium. Son projet d’uranium et de thorium Falcon Point est situé dans le bassin de l’Athabasca, en Saskatchewan.
Quels sont les inconvénients du Thorium ?
Nous n’avons pas autant d’expérience avec Th. L’industrie nucléaire est assez conservatrice, et le plus gros problème avec le thorium, c’est que nous manquons d’expérience opérationnelle. Quand l’argent est en jeu, il est difficile d’amener les gens à s’écarter de la norme.
Le thorium est un peu plus difficile à préparer. Le dioxyde de thorium fond à des températures de 550 degrés plus élevées que le dioxyde d’uranium traditionnel, de sorte que des températures très élevées sont nécessaires pour produire un combustible solide de haute qualité. De plus, le Thorium est assez inerte, ce qui le rend difficile à traiter chimiquement. Cela n’est pas pertinent pour les réacteurs à combustible liquide dont il est question ci-dessous.
Le thorium irradié est plus dangereusement radioactif à court terme. Le cycle Th-U produit invariablement de l’U-232, qui se désintègre en Tl-208, qui a un mode de désintégration gamma de 2,6 MeV. Le Bi-212 cause aussi des problèmes. Ces rayons gamma sont très difficiles à protéger, ce qui nécessite une manipulation et/ou un retraitement plus coûteux du combustible usé.
Le thorium ne fonctionne pas aussi bien que le U-Pu dans un réacteur rapide. Alors que l’U-233 est un excellent combustible dans le spectre thermique, il se situe entre l’U-235 et le Pu-239 dans le spectre rapide. Ainsi, pour les réacteurs qui exigent une excellente économie neutronique (comme les concepts de race et de combustion), le thorium n’est pas idéal.
Armes et sécurité
Les dangers de l’uranium – largement médiatisés à la suite de la catastrophe de Fukushima en 2011 – sont l’une des principales raisons pour lesquelles les experts accordent une attention particulière aux réacteurs au thorium. Comme le thorium n’est pas fissile en soi, les réactions pourraient être arrêtées en cas d’urgence, selon Forbes.
Le thorium est considéré comme un choix important pour la non-prolifération lorsqu’il s’agit d’armes nucléaires, mais il est également important de noter qu’il y a eu des occasions dans l’histoire où des armes nucléaires basées sur le thorium ont explosé. Cela dit, la nature de ces armes les rend difficiles à manipuler et faciles à détecter.
L’utilisation de réacteurs au thorium pourrait permettre à des pays comme l’Iran et la Corée du Nord de bénéficier de l’énergie nucléaire en minimisant les craintes qu’ils développent secrètement des armes nucléaires.
Le thorium et l’uranium ont une relation intéressante en ce sens qu’ils sont complémentaires et concurrents l’un par rapport à l’autre. Le thorium peut être utilisé conjointement avec la production d’énergie nucléaire conventionnelle à base d’uranium, ce qui signifie qu’une industrie florissante du thorium ne rendrait pas nécessairement l’uranium obsolète.
Le défi du thorium
Comme on peut le constater, le thorium est considéré comme une excellente alternative à l’énergie nucléaire depuis des décennies. Il est difficile de croire que les avantages en matière de sécurité et d’efficacité n’ont pas conduit à une utilisation plus populaire des réacteurs au thorium – mais il y a des raisons à cela.
En termes simples, les réacteurs à base de thorium ne sont toujours pas économiquement viables pour la plupart. L’uranium a bénéficié de décennies de recherche, de développement et d’infrastructures grâce à ses doubles applications dans les domaines de l’armement et de l’énergie pendant la guerre froide. Ces recherches ont permis aux pays d’établir des protocoles, des infrastructures et des bases de connaissances qui font de l’énergie à base d’uranium une meilleure option.
Il en résulte qu’au moins pour l’instant, les réacteurs au thorium ont peu de chances de prendre le dessus sur les réacteurs à l’uranium. Il est possible que les réacteurs au thorium pourraient devenir plus dominants à l’avenir, mais beaucoup de travail devra être fait pour en arriver là.