L’espace : Un marché porteur pour l’industrie nucléaire

Le Département américain à l’Energie (DOE) a annoncé en grande pompe fin décembre la production de 50 grammes (l’équivalent d’une balle de golf) de plutonium 238, destiné à la Nasa. Cette annonce marque une nouvelle étape dans la recrudescence des projets de la communauté scientifique américaine liés à l’exploration spatiale.

Plutonium 238

Le premier robot propulsé au plutonium s’est posé sur la planète Mars lundi 6 août 2012. Curiosity, c’est son nom, est un véhicule de la taille d’une petite voiture, qui prélève sur Mars des échantillons de roche et en étudie la surface. Tous ces systèmes sont alimentés en énergie et en chaleur par un générateur thermique à radio-isotope, contenant 4,8 kg de Plutonium 238, et fournissant 110-115 W de courant continu, produisant 2,7 kWh par jour. Cet isotope développe des propriétés qui lui ont permis d’obtenir rapidement les faveurs des experts. Avec une « demi-vie » de 87,7 ans – la demi-vie d’une substance radioactive est la période durant laquelle elle perd la moitié de sa radioactivité – le 238Pu libère suffisamment d’énergie et de chaleur pour alimenter les sondes d’exploration pendant plus d’un siècle. C’est ainsi que Voyager
1, la sonde spatiale lancée en 1977 continue d’envoyer des données alors qu’elle s’enfonce toujours plus dans l’espace. « Le 238Pu a démontré qu’il était une source d’énergie efficace là où l’utilisation de l’énergie solaire s’avère impossible. Son utilisation comme source d’énergie pour les engins spatiaux a été développée par les États-Unis et la Russie qui ont consacré plusieurs centaines de millions de dollars à son développement et sa production », rappelle la Société française de l’énergie nucléaire (SFEN).

Risques

L’utilisation de plutonium par la Nasa ne fait pas que des heureux. D’aucuns dénoncent le risque de propulser des engins équipés de tels isotopes. C’est le cas du réseau Sortir du nucléaire qui explique : « Le problème est celui d’accidents impliquant des vaisseaux spatiaux nucléaires, avec des relâchements de radioactivité touchant les humains et les autres formes de vie sur Terre ». Ce que craint avant tout l’ONG, c’est le risque d’accident sur le pas de tir : « La NASA, avant le lancement de Curiosity en novembre 2011, reconnaissait que si la fusée le transportant explosait lors du lancement à Cap Kennedy, du plutonium serait relâché, affectant une zone d’un rayon de 100 km, et si la fusée, échouant à échapper à la gravité de la Terre, retombait dans l’atmosphère avec Curiosity et se désintégrait, du plutonium serait alors dispersé sur une grande partie de la Terre entre environ 28 degrés de latitude nord et 28 degrés de latitude sud. Ceci comprend l’Amérique Centrale, la plus grande partie de l’Amérique du Sud, l’Asie, l’Afrique et l’Australie ». Pour rappel, dans sa déclaration d’impact environnemental consacrée à Curiosity, la NASA évaluait que les chances étaient de moins de 1 sur 220 pour que du plutonium soit dispersé durant sa mission.

Risque de pénurie

Les risques liés à l’utilisation du Plutonium 238 pourrait être drastiquement réduit pour une raison inattendue : sa pénurie. En effet, la production du 238Pu reste compliquée et coûteuse comme le rappelle la SFEN : « D’abord, vous avez besoin d’un réacteur avec le bon flux neutronique et de suffisamment de neptunium 237, matière première du plutonium. Vous avez ensuite besoin d’une petite usine de retraitement nucléaire pour séparer chimiquement le plutonium du combustible hautement radioactif. Au fil des ans, cet isotope a été produit par un certain nombre de pays, dont les États-Unis, la Russie et le Royaume-Uni ». Or, les stocks s’amenuisent et c’est pourquoi le DOE a décidé de relancer la production. Pour autant, de nombreux observateurs estiment qu’elle ne sera pas suffisante pour couvrir les besoins des différents projets en cours de développement.

L’alternative Américium 241

L’Europe s’intéresse de près à un autre isotope qui pourrait se substituer avantageusement au 238Pu : l’américium 241. Il est notamment présent en infime quantité (de l’ordre d’1 microcurie) dans les détecteurs de fumées installés dans les immeubles pour son rayonnement ionisant alpha. En grande quantité la production de chaleur est comparable à celle du 238Pu. L’Américium 241 peut être trouvé dans les déchets générés par les réacteurs nucléaires, mais son extraction est compliquée et coûteuse. Une autre piste consiste à exploiter la désintégration bêta du 241Pu. Lorsqu’un combustible nucléaire est usé, il est retraité pour séparer le plutonium, de l’uranium et des produits de fission. La France s’est faite une spécialité de ces opérations, et réutilise le plutonium pour fabriquer un nouveau combustible : le MOX. Le stockage à long terme de plutonium civil retraité pourrait permettre de produire de l’américium 241 isotopiquement pur, via la désintégration bêta. Cet américium a l’avantage d’être récupéré dans le plutonium stocké grâce à un procédé chimique relativement simple et rentable, sans travailler à partir du combustible usé hautement radioactif. Au Royaume-Uni, ce sont pas moins de 100 tonnes de plutonium recyclé qui pourraient être ainsi valorisées.

Adaptation

L’américium 241 se distingue du 238Pu par une demi-vie plus longue (432 ans) mais une puissance thermique plus faible 0,1 W/g (contre 0,4 W/g). Cela signifie qu’en cas de recours à l’241Am, les caractéristiques techniques des appareils devront être adaptées en fonction de cet état de fait. En 2009, l’Agence spatiale européenne (ESA) a financé un programme qui a établi la faisabilité de la production d’241Am, réalisé des pastilles-tests, développé et testé de nouveaux générateurs thermoélectriques adaptés à la température de l’américium 241. Actuellement, le programme européen met l’accent sur le développement de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes évolutifs d’une puissance électrique de 10 à 50 W. Des niveaux encore insuffisants pour alimenter des robots comme Curiosity, mais déjà aptes à sustenter de petits engins spatiaux. En attendant mieux…

Romain Chicheportiche