09.04.2015

Le combustible nucléaire : une ressource infinie ?

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Publié par Francis Sorin

Les ressources en uranium sont-elles suffisantes pour assurer les besoins actuels et futurs de l’énergie nucléaire ? L’examen des ressources actuelles, à la lumière de l’histoire des découvertes passées comme de l’évolution des techniques, montre que l’énergie nucléaire possède les ressources nécessaires pour son fonctionnement durant le siècle à venir, même si on double le nombre des réacteurs en service. Au-delà il sera prudent d’utiliser la technique des réacteurs à neutrons rapides qui multiplie les ressources par un facteur compris entre 50 et 100. L’énergie nucléaire deviendra alors une énergie durable, au même titre que les énergies renouvelables.

 

Le thorium, futur combustible nucléaire

On peut faire fonctionner un réacteur nucléaire avec du thorium. Le déploiement de réacteurs brûlant du thorium repose cependant sur le fonctionnement des réacteurs actuels car le thorium lui-même n’est pas fissile. Il faut le transformer d’abord en uranium 233, qui est fissile, et on ne peut le produire au départ que dans des réacteurs à uranium. Les recherches pour l’utilisation du thorium comme combustible nucléaire n’ont pas été importantes à ce jour, mais elles se développent en Inde et en Chine, et une veille est assurée en France, au CNRS en particulier. En effet les ressources en uranium sont telles qu’elles suffisent actuellement à l’industrie nucléaire. Mais il est clair qu’en cas de besoin le thorium pourrait contribuer grandement à l’approvisionnement énergétique de la planète. Une caractéristique intéressante des réacteurs au thorium est que les déchets produits ne contiennent pas d’actinides mineurs et ne produisent pas de plutonium, ce qui est un avantage dans la gestion à long terme des déchets.

Le thorium présente deux caractéristiques aux conséquences antagonistes. Il est plus abondant que l’uranium sur terre : il y en a environ quatre fois plus. Mais, sa solubilité, beaucoup plus faible, entraîne une mobilité moindre, et une incapacité d’enrichissement par les procédés hydrothermaux ou superficiels. Si de nombreux  gisements de thorium sont connus, l’évaluation des ressources en thorium de la planète reste moins précise que celles en uranium. Elles sont estimées, actuellement, à sept millions de tonnes. Des stocks importants de thorium résultant en particulier de l’exploitation des terres rares, auxquelles il est généralement associé, existent déjà dans le monde.

 

L’uranium d’eau de mer : une ressource future ou un mirage ?

L’eau de mer contient environ 3 mg d’uranium par m3, ce qui conduit à un stock de plus de quatre milliards de tonnes d’uranium. Si cet uranium était récupérable il pourrait alimenter les réacteurs nucléaires pendant des milliers d’années. Malheureusement la technologie d’extraction de l’uranium de l’eau de mer est complexe et très coûteuse. Si elle a pu être réalisée à l’échelle du laboratoire, le passage à l’échelle industrielle pose des problèmes gigantesques, compte tenu de l’extrême faiblesse de la concentration. Ainsi, pour produire mille tonnes d’uranium par an, ce qui est le cas d’un bon gisement d’uranium, il faudrait construire une installation capable de traiter dix milliards de m3 d’eau de mer chaque jour... Le pompage de l’eau est exclu, car l’énergie nécessitée par ce pompage serait une fraction trop élevée de l’énergie produite par l’uranium récupéré…

Les recherches actuelles se focalisent sur des procédés de concentration de l’uranium par adsorption sur des surfaces. Il faut trouver des substances susceptibles d’adsorber suffisamment l’uranium pour ne pas nécessiter des tonnages trop considérables d’adsorbant. A l’heure actuelle, il paraît clair que l’extraction de l’uranium de l’eau de mer nécessitera encore de longues recherches, et des sauts technologiques seront sûrement nécessaires, avant de déboucher sur une éventuelle application industrielle. Cette option ne pourrait se développer qu’en cas de pénurie des matières fissiles et fertiles à terre. Or cette pénurie n’est pas en vue à l’heure actuelle.

 

L’uranium 238, combustible des réacteurs à neutrons rapides

Les réacteurs de fission actuels à eau légère (générations II et III) ne brûlent que l’uranium 235, et un peu de plutonium formé comme sous-produit de la fission. Cela signifie que l’uranium 238, qui forme 99 % de la masse de l’uranium naturel, est inutilisé dans ces réacteurs.

Or il existe une possibilité de brûler la totalité de l’uranium : c’est l’utilisation des réacteurs à neutrons rapides (génération IV). Les réacteurs à neutrons rapides, du type Phénix ou Superphénix en France, ou BN 600 et BN 800 en Russie, ont la particularité, après leur démarrage, de brûler l’uranium 238. En effet sous l’effet du bombardement par les neutrons rapides l’uranium 238 capture un neutron et, après une série de réactions, cet uranium se transforme en plutonium 239 qui est fissile. Ce dernier devient le combustible du réacteur. On gagne donc, en théorie, un facteur 100 dans l’utilisation du combustible et on brûle, en prime, une bonne partie des déchets des combustibles usés des réacteurs à eau légère actuels.

Compte tenu des réserves gigantesques d’uranium appauvri (les rejets de l’enrichissement en uranium 235 par diffusion gazeuse ou centrifugation), le monde se trouve à la tête d’une réserve colossale de combustible (deux millions de tonnes). La France, elle-même, possède à l’heure actuelle un stock d’environ 250 000 tonnes d’uranium appauvri, ce qui lui permettrait de produire de l’électricité, selon la demande actuelle, pendant deux mille à trois mille ans. Avec de telles perspectives, l’énergie nucléaire n’est-elle pas aussi pérenne qu’une énergie renouvelable ?