Les réacteurs à sels fondus : du nucléaire plus écolo ?

MSR & énergies renouvelables

Le « cercle vertueux » qui fait que, dans un MSR, plus la température augmente, plus la réaction en chaîne ralentit, permet au réacteur une très grande souplesse dans la production d’électricité. Il peut en fait répondre quasi instantanément aux variations des besoins en électricité du réseau, ce qu’on appelle le « suivi de charge ».

Le principe est simple : si le réseau a besoin de plus d’électricité, il va extraire plus de chaleur du réacteur pour actionner plus vite les turbines. Le réacteur est ainsi davantage refroidi. En se refroidissant, le combustible liquide se contracte : les noyaux fissiles étant plus proches les uns des autres, la réaction en chaîne s’accélère. La température monte alors et se stabilise au niveau de production demandé. Dès que le réseau a moins besoin du réacteur, il extrait moins de chaleur : le liquide devient plus chaud, se dilate, et la réaction en chaîne ralentit.

Ce système en fait le réacteur idéal pour accompagner un large développement des énergies intermittentes telles que le solaire et l’éolien, car le MSR peut doubler sa puissance en quelques minutes pour compenser une brutale baisse de production des éoliennes en panne de vent ou du solaire privé de rayonnement. A contrario, il peut réduire tout aussi rapidement sa production pour laisser les intermittentes reprendre leur rôle dès que le vent ou le soleil sont de retour.

Dans les réacteurs actuels, le suivi de charge existe, mais il est limité par le fait que le combustible est solide. Un matériau solide comme les pastilles d’uranium ne peut pas monter en température et se « dilater » aussi brutalement et aussi fréquemment qu’un combustible liquide peut le faire. Les LWR, selon les modèles, peuvent augmenter de 1% à 5% leur puissance maximale par minute, ils assurent d’ailleurs aujourd’hui le suivi de charge en France comme en Allemagne. Mais à mesure que la part des énergies intermittente augmente, les réseaux électriques vont être contraints de faire appel à  la « flexibilité » des centrales au charbon ou au gaz pour assurer le suivi de charge, avec ce que cela implique comme déchets, le CO2, rejeté directement dans l’atmosphère.

MSR : quid des déchets ?

Dans tout réacteur, quelque soit le cycle utilisé (Uranium-Plutonium ou Thorium-Uranium 233) deux types de « déchets » sont produits : les produits de fission et les actinides mineurs.

Les produits de fission résultent de la fission du noyau d’un élément fissile (Uranium 233, Uranium 235 ou Plutonium 239) en deux nouveaux noyaux d’éléments plus légers (Cesium 135, Iodine 131, Strontium 90…)

Les actinides sont eux formés lorsque le noyau ne fissionne pas : le neutron est absorbé (on parle de « capture neutronique ») et le noyau se « transforme » en un nouvel élément, plus lourd. Le combustible de nos réacteurs actuels, majoritairement de l’Uranium 23 enrichi en Uranium 235, produit essentiellement les actinides mineurs suivants : Neptunium, Americium, Curium.

Réduction de la quantité de déchets

Les actinides mineurs pourraient être fissionnés, mais pas dans les réacteurs actuels. Dans un LWR, l’énergie des neutrons étant ralentie par l’eau, cette fission est impossible : les neutrons ne sont pas assez « puissants » pour fissionner les actinides mineurs. Dans un réacteur à combustible solide dit « avancé » où les neutrons ne sont pas ralentis (par exemple les réacteurs type Superphénix) le combustible doit être changé avant qu’il ait pu « brûler » tous les actinides mineurs. Dans un MSR, en particulier dans le concept européen MSFR, où les neutrons ne sont pas ralentis, tous les actinides restent dans le coeur du réacteur jusqu’à ce qu’ils fissionnent.

Les actinides mineurs rendent également  instables les réacteurs à combustible solide, là où un MSR avale tout sans broncher : Plutonium militaire entassé, actinides mineurs des LWR, le MSR peut être configuré comme un incinérateur. C’est d’ailleurs le projet aussi bien d’une des variantes du MSFR européen, du DFR allemand  que des deux MSR Danois, le Seaborg wasteburner  et le Copenhagen Atomics Waste Burner.

En terme de volume de déchets, le projet européen MSFR permettrait par exemple une réduction de  80% par rapport à nos réacteurs actuels, les LWR.

Durée de vie des déchets

Mais c’est terme de durée de stockage que  l’impact des réacteurs à sels fondus est le plus frappant. A puissance égale, LWR et MSR produisent la même quantité de produits de fission : pas de fission sans produits de fission. Mais 83% des produits de fission ne sont plus radiotoxiques après 10 ans. Les 17% restants requièrent 350 ans pour ne plus représenter de danger.

En revanche, les actinides mineurs restent radio-toxiques sur des périodes extrêmement longues : il faut compter 400 000 ans pour que leur radiotoxicité passe en dessous de la radioactivité naturelle.

Actuellement, les déchets ultimes des LWR mélangent produits de fission et actinides mineurs. Confinés dans une matrice de verre, coulés dans des conteneurs en inox et entreposés en puits, ils attendent d’être stockés en couches géologiques profondes.

Pour se représenter ce que signifient les 350 ans de stockage des déchets que requiert un MSR par rapport à 400 000 ans des LWR actuels, une frise du temps prise à rebours peut s’avérer parlante.