Réacteurs à sels fondus et économie

Réacteurs à sels fondus (MSR) et Thorium

La quasi-totalité des réacteurs existants fonctionnent avec le cycle de combustible appelé U-Pu, pour Uranium-Plutonium. L’autre cycle de combustible nucléaire, à l’heure actuelle inexploité, est le cycle Thorium-Uranium 233 (Th-U). (renvoi en hypertexte au chapitre Uranium/Thorium)

Les réacteurs à sels fondus peuvent tourner en cycle Uranium-Plutonium ou en cycleThorium-Uranium 233.

Le cycle Uranium étant le seul commercialisé à ce jour, les concepts de MSR qui escomptent une commercialisation rapide, dans les dix ans à venir, choisissent le cycle U-Pu, dans la mesure où l’approvisionnement en combustible est déjà balisé. Le seul MSR à avoir tourné longtemps et efficacement, le MSRE, un réacteur de recherche développé dans les années 60 par le laboratoire américain d’Oak Ridge, tournait d’ailleurs en cycle U-Pu. Il aurait dû basculer en cycle Thorium lorsque le programme fut asphyxié financièrement au profit des Fast Breeder Reactors, l’équivalent américain de Superphénix.

Aujourd’hui, la majorité des projets des MSR à l'étude adoptent le cycle Th-U233, car le Thorium est idéal en sels fondus, et les sels fondus déploient tout leur potentiel en cycle Thorium. Le Thorium, 4 fois plus abondant sur Terre que l’Uranium, offre notamment dans un MSR une meilleure « économie de neutrons » et permet ainsi de fissionner efficacement les actinides mineurs. 

La « densité énergétique » du Thorium dans un MSR surpasserait ainsi très largement celle de l’Uranium dans un LWR ou du pétrole dans une centrale thermique.

Cette proportion s’explique également par les usages secondaires applicables au MSR. 

Le MSR monte à 750° environ, là où la température moyenne d’un LWR tourne autour des 300°. Cette température plus élevée assure tout d’abord une bien meilleure rentabilité en terme de production électrique que les réacteurs existants.

Cette température élevée permet aussi d’appliquer le réacteur à des usages industriels très gourmands en chaleur et en électricité la production d’hydrogène, notamment à partir de charbon en Chine, pour un carburant autrement plus propre. C’est cet aspect du potentiel des MSR qui a poussé la Chine à miser un demi-milliard d’euros sur la R&D des MSR : l’empire du milieu possède à la fois de vastes ressources de charbon et de Thorium. De quoi réussir, grâce aux MSR, le virage de la transition énergétique et de la dépollution des villes.

Enfin, la haute température des MSR permet un dessalement compétitif de l’eau de mer pour fournir de l’eau potable.

Des MSR au niveau mondial ?

A l’heure actuelle, le charbon reste mondialement  la première source pour la production de l’électricité. La Chine et l’Inde brûlent encore massivement du charbon. Mais aussi des pays occidentaux tels que Les Etats-Unis ou l’Allemagne.

Les énergies renouvelables, en plein essor, affichent un taux de croissance mondial important, de l’ordre de 15%. Malheureusement, ce pourcentage est identique à celui de la croissance globale de la demande énergétique, du fait de la poussée démographique et du développement des pays en transition. Dans les projections pour 2040, la part des énergies renouvelables (hors hydro-électrique, arrivé à saturation faute de pouvoir démultiplier les barrages dans le monde) va être multipliée par 3, notamment grâce aux investissements massifs de la Chine, de l’Inde et de l’Amérique du Sud. Le hic, c’est que la demande en électricité elle sera multipliée dans le même temps par 4. Pour suppléer à la différence… gaz et charbon.

Si l’on observe cette fois la consommation d’énergie globale, on s’aperçoit que c’est le pétrole qui occupe encore la première place : le transport vient en tête, avec près de 64% de l’or noir consommé sur la planète, suivi de l’utilisation du fuel comme chauffage domestique et comme carburant agricole, près de 11,6%, et de son usage comme source de chaleur dans l’industrie. La part du pétrole qui n’est pas dévolue à la production d’énergie sous quelque forme que ce soit ne représente que 16,2%, et correspond principalement à la pétrochimie (production de plastiques, médicaments, nylon, détergents, cosmétiques etc).

Charbon comme pétrole sont des énergies fossiles, qui contribuent massivement au réchauffement climatique. Le gaz, s’il est moins émetteur en CO2 que le pétrole, n’en contribue pas moins lui aussi au réchauffement planétaire.

Les MSR au Thorium pourraient représenter  une alternative au gaz et au charbon et remplacer les usages énergétiques du pétrole, tout en épaulant efficacement la montée en puissance des renouvelables. A terme, les chercheurs du projet Européen MSFR imaginent une production énergétique assurée à 70% par les énergies renouvelables et 30% par les MSR.

Le Thorium, 4 fois plus abondant sur la planète que l’Uranium, est également mieux réparti. Surtout, les deux pays en plein boom démographique, la Chine et l’Inde, pourraient produire une majorité de leur énergie à partir de leur Thorium, limitant ainsi les émissions de CO2 et donc le réchauffement climatique.

Aujourd’hui, de nombreux pays étudient sérieusement les MSR comme réponse au réchauffement climatique.

Le gouvernement américain, début 2016, a accordé pour la première fois depuis 30 ans une aide au développement d’une énergie nucléaire : c’était au concept de MSR développé par Terra Power, la fondation de Bill Gates.

Au Canada, le gouvernement soutient le développement du concept de IMSR, développé par Terrestrial Energy  près de Toronto.

En Chine, le TMSR, développé par l’Institut de Physique Nucléaire de Shanghai (SINAP)  est soutenu à hauteur d’un demi-milliard d’euros.

C’est pourtant vers l’Europe que tous les chercheurs se tournent en matière de recherche sur les MSR : le projet SAMOFAR, qui regroupe une dizaine de laboratoire publics européens, dont le CNRS en France, le JRC-Karlsruhe en Allemagne et l’Institut Paul Scherrer en Suisse est à la pointe de la connaissance en matière de réacteurs à sels fondus. Leur concept de MSR, le MSFR, représente le plus exigeant et le plus performant de tous les designs à l’étude.

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Mais le soutien financier qui lui est accordé par l’Union Européenne apparaît inversement proportionnel à l’enthousiasme qu’il suscite ou à la solution au défi énergétique qu’il pourrait représenter…