Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le cycle du combustible à base de thorium peut être envisagé en complément ou même en remplacement du cycle classique à uranium pour le fonctionnement des réacteurs nucléaires. Les différents problèmes soulevés par l'utilisation du cycle thorium à une échelle industrielle sont présentés, depuis l'amont du cycle jusqu'à l'étape finale de traitement du combustible usé et du recyclage des matières, ainsi que vis-à-vis de la gestion des déchets associés à ce cycle. Enfin on aborde quelques aspects génériques liés à la mise en oeuvre du cycle au thorium, en particulier les questions de non prolifération et d'économie.
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Dominique GRENÊCHE : Docteur ès sciences - Consultant (Société Nuclear Consulting) - Expert international
INTRODUCTION
Le thorium fut considéré dès le début du développement de l'énergie nucléaire comme un combustible potentiel pouvant éventuellement compléter voire même se substituer à l'uranium dont on craignait à l'origine la grande rareté naturelle. En fait, comme nous allons le voir dans cet article, le thorium ne peut pas constituer une véritable alternative à l'uranium car contrairement à celui-ci, il ne possède pas d'isotope « fissile » par des neutrons lents, mais il permet simplement d'en générer un, l'uranium 233 (U-233), par capture neutronique dans un réacteur nucléaire. Or, cet élément artificiel ainsi créé, qui est relativement stable (période radioactive de 160 000 ans), est un excellent isotope fissile pour les réacteurs « thermiques ». Il est même meilleur que l'uranium 235 (U-235) ou le plutonium 239 (Pu-239), d'où l'intérêt potentiel du thorium en tant que noyau « fertile ». C'est la raison pour laquelle, le cycle au thorium a toujours fait l'objet d'études significatives à travers le monde dont nous donnerons un aperçu dans cet article. Nous examinerons également les avantages et inconvénients de l'utilisation du thorium en réacteur ainsi que les défis technologiques qu'il faudrait surmonter pour une mise en œuvre industrielle du cycle au thorium.
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Conclusion
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4. Questions génériques liées au développement du cycle au thorium
4.1 Non-prolifération
Cette question avait été abordée dans le cadre d'une vaste étude réalisée entre 1978 et 1980 sur l'ensemble des cycles de combustibles nucléaires (International Nuclear Fuel Cycle Evaluation, ou INFCE ). Une des conclusions générales fut que les obstacles techniques qui s'opposent à l'usage militaire des cycles au thorium utilisant de l'uranium à moins de 20 % sont similaires à ceux du cycle uranium-plutonium. S'agissant néanmoins d'un exercice lancé sur une initiative du président des États-Unis de l'époque (Jimmy Carter) et impliquant près d'une cinquantaine de pays et plus de 500 « experts » (le document final faisait 20 000 pages !), les enseignements tirés de ces travaux s'appuyaient sur une avalanche de données techniques assez éparses mêlées de considérations politiques ou diplomatiques non exemptes d'intérêts commerciaux. Il n'est donc pas suffisant de se référer uniquement à cette conclusion générale pour comparer mérites respectifs (ou les inconvénients respectifs) des cycles uranium et thorium du point de vue de la non-prolifération.
Pour cela, il convient tout d'abord de rappeler quelques caractéristiques physiques à prendre en compte pour évaluer les difficultés d'utilisation des matières fissiles pour la fabrication de bombes atomiques. Elles sont essentiellement au nombre de quatre :
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la masse critique d'une sphère homogène nue (sans réflecteur de neutrons). Cela détermine évidemment la quantité de matière à fabriquer mais aussi la masse et la taille de l'engin explosif. À noter qu'en réalité les masses nécessaires pour fabriquer une bombe sont inférieures à cette masse critique, compte tenu d'un certain nombre de dispositions telles que la mise en place de réflecteurs de neutrons ou des dispositifs de compression de la matière ;
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l'émission neutronique spontanée qui doit être aussi faible que possible pour des raisons liées au fonctionnement même d'une bombe atomique « rudimentaire » (probabilité de prédétonation). Une trop forte émission de neutrons...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LUNG (M.) - Perspectives of the thorium fuel cycle. - Analytical Center for Non-Proliferation – Seminar at the Joint Research Center (JRC), Ispra, Italie, juil. 1996.
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(2) - YONG (L.K.), KRICHINSKY (A.M.), CAMPBELL (D.O.), LAUGHLIN (S.S.), SANDERS (G.B.), VAN ESSEN (D.C.) - Competencies for the safe interim storage and management of U-233 at Department of energy facilities. - Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37830, 27 janv. 1997.
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(3) - BERARD (P.) et col - Fiche pédagogique sur le thorium. - Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), 1er août 2001.
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(4) - International Reporting Template for the Public Reporting of Exploration Results, Mineral Resources and Mineral Reserves. - Committee for mineral reserves international reporting standards (CRIRSCO), juil. 2006.
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(5) - AIEA – OCDE/AEN - Uranium 2009 : ressources, production et demande. - (dit « livre rouge »).
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