Energie nucléaire et déchets radioactifs : Des solutions d'avenir

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Des solutions d’avenir

La place du « nucléaire » dans les énergies du futur est un sujet de débat très actuel. Les dirigeants des pays industrialisés sont confrontés à un véritable défi. Il leur faut faire face aux prévisions d’une augmentation considérable de la consommation mondiale d’énergie dans les cinquante années à venir, en raison notamment du développement industriel de grands pays comme la Chine, l’Inde et le Brésil. Mais il est également nécessaire de ne pas accroître la consommation de pétrole et de charbon sous peine d’épuiser rapidement les réserves mondiales et d’accélérer le réchauffement planétaire par émission massive de gaz à effet de serre. Les énergies renouvelables (solaire, vent, biomasse) ne constituent pour l’instant que des sources d’appoint.

Face à cette situation, il semble inévitable d’avoir recours, au moins pour une période de transition, à une production accrue d’énergie nucléaire, et ce malgré l’opposition de groupes d’écologistes mettant en avant les problèmes de sécurité que nous avons mentionnés ci-dessus. Des études sont en cours dans plusieurs pays, dont la France, pour imaginer des solutions conduisant à la poursuite de l’exploitation de l’énergie de fission tout en accroissant la sécurité des centrales, en maîtrisant le problème des déchets et en gérant au mieux les ressources en matières fissiles.

Ces études se développent dans deux directions principales. La première consiste à mettre au point de nouvelles filières de réacteurs, que l’on a qualifiés de « Génération IV », dont les objectifs sont à la fois de limiter la production de déchets toxiques et d’optimiser l’utilisation des ressources en matériaux fissiles. En effet, au rythme actuel, et en utilisant la technologie actuelle (fission de l’uranium 235) les ressources en uranium permettraient de poursuivre la production d’énergie nucléaire pendant 300 ans. Mais si l’on devait avoir massivement recours au nucléaire, par exemple en multipliant par 10 la production d’énergie nucléaire à l’horizon 2050, elles seraient épuisées bien avant la fin du xxi^esiècle. Dans cette hypothèse, somme toute assez plausible, il deviendrait indispensable d’utiliser aussi l’énergie emmagasinée dans l’autre isotope de l’uranium (²³⁸U, 150 fois plus abondant), et également dans le thorium, plus abondant encore que l’uranium. On qualifie ces dernières filières de durables, dans la mesure où elles seraient en mesure d’assurer une production importante d’énergie nucléaire pendant des durées de l’ordre du millénaire. Comme nous l’avons expliqué plus haut, l’exploitation de l’énergie de fission de l’isotope fertile ²³⁸U passe par sa conversion en ²³⁹Pu, qui constitue le matériau fissile. De même, celle du thorium 232 requiert sa transformation en ²³³Th, menant à ²³³U. Les réacteurs « régénérateurs » ou surgénérateurs de quatrième génération seraient donc des réacteurs à neutrons rapides chargés avec un mélange de matière fissile (²³⁹Pu ou ²³³U) et fertile (²³⁸U ou ²³²Th). Le flux de neutrons assurerait à la fois la fission du plutonium (ou de l’uranium 233), sa régénération à partir de l’uranium (ou du thorium), jusqu’à épuisement de ce dernier, et la destruction d’une partie importante des déchets radioactifs produits au cours du fonctionnement du réacteur. La principale difficulté à résoudre est le choix du caloporteur. Ce fluide, destiné à évacuer l’énergie sous forme de chaleur, ne peut en effet être l’eau, qui ralentirait les neutrons. Il faut avoir recours à un gaz, tel que l’hélium, ou à un métal liquide, comme le sodium ou le plomb. Le sodium fondu, utilisé dans Phénix et Superphénix est très efficace, mais présente de grands dangers en raison de son inflammabilité au contact de l’air ou de l’eau. Le plomb fondu est très corrosif, ce qui pose problème pour les canalisations.

À partir de ce principe, deux variantes très intéressantes, pouvant être combinées ont été imaginées :

La première consiste à faire de ce type de réacteurs de véritables incinérateurs, en y introduisant certains déchets radioactifs provenant d’autres filières. On pourrait ainsi réduire progressivement le stock mondial de déchets radioactifs, et en particulier les plus dangereux d’entre eux.
Plus prometteuse encore, mais au prix d’une complication technologique, la seconde variante consiste à réaliser un système hybride, couplant un réacteur à neutrons rapides et un accélérateur de protons. Le réacteur pourrait ainsi être maintenu dans un régime de fonctionnement « sous-critique », c’est-à-dire produisant trop peu de neutrons pour entretenir seul la réaction en chaîne, l’accélérateur étant utilisé pour compenser ce manque. Un tel système présente le grand intérêt de ne pas pouvoir « s’emballer », puisque les neutrons de fission sont en nombre insuffisant. Il leur faut l’appoint de neutrons dits de spallation, issus de l’interaction des protons de haute énergie provenant de l’accélérateur et d’une cible placée au sein du réacteur. L’intensité de ces derniers est modulable à volonté. En particulier, l’arrêt du faisceau de protons suffit à stopper toute fission et donc la production d’énergie, ce qui représente un gain considérable pour la sécurité de ces systèmes. Le nombre des neutrons de spallation peut aussi être accru, si la quantité de capteurs de neutrons ou de produit à incinérer vient à augmenter dans le cœur du réacteur.