La Chine a trouvé dans les archives américaines une source d’énergie qui pourrait alimenter son avenir pendant 20 000 ans et l’a fait fonctionner

Par la suite, les plans déclassifiés du projet sont restés oubliés dans les archives pendant des décennies. Jusqu’à ce que des scientifiques chinois les trouvent et décident, en 2011, de mener un projet expérimental dans le désert du Gansu pour voir s’ils pouvaient le faire fonctionner.

Il y a quelques jours, après 14 ans de travail, ils ont finalement réussi.

Voici l’histoire complète. Comment fonctionne la technologie, la politique bureaucratique qui l’a tuée aux États-Unis, et pourquoi cela pourrait véritablement changer la donne.

La technologie

Tout d’abord, permettez-moi d’expliquer l’énergie nucléaire conventionnelle parce que je me suis rendu compte au cours des discussions de ces derniers jours que beaucoup de gens ne connaissent pas très bien son fonctionnement.

Une centrale nucléaire conventionnelle est fondamentalement comme une bouilloire géante pour faire bouillir de l’eau. Au fond, c’est essentiellement ça : vous déclenchez une réaction nucléaire en chaîne dans les barres de combustible d’uranium (les atomes se divisent et libèrent des particules qui divisent plus d’atomes, c’est-à-dire une « fission »), cela génère une quantité folle de chaleur, vous utilisez cette chaleur pour faire bouillir de l’eau en vapeur, et la vapeur fait tourner des turbines pour produire de l’électricité.

Ce qui est assez drôle est que beaucoup de gens ne réalisent pas qu’une centrale nucléaire n’est fondamentalement pas une technologie si différente de la machine à vapeur du 18ème siècle. C’est le même concept de base avec la vapeur qui fait le travail, sauf qu’au lieu de brûler du charbon pour chauffer l’eau, nous utilisons des barres de combustible à l’uranium.

Assez simple en théorie mais, comme nous le savons tous, en pratique, l’énergie nucléaire conventionnelle présente des inconvénients assez importants :

• Sécurité.
• Nous connaissons tous ce problème : les centrales nucléaires conventionnelles ont une fâcheuse tendance à fondre et à rendre des régions entières radioactives et inhabitables pendant des millénaires. Ce qui est, disons, un résultat peu recommandé. Il est vrai que cela ne s’est produit que deux fois dans l’histoire, mais le risque est bien réel.

• Pénurie d’uranium.
• Ces substances sont relativement rares et concentrées dans quelques pays seulement (quatre pays seulement – le Kazakhstan, le Canada, la Namibie et l’Australie – produisent ensemble 80% de l’uranium mondial).

• Inefficacité du carburant.
• Les réacteurs conventionnels n’extraient qu’environ 1 à 3% de l’énergie contenue dans l’uranium avant que les barres de combustible ne soient « épuisées ». Vous jetez littéralement 97 à 99% du combustible sous forme de déchets radioactifs.

• Déchets nucléaires.
• Le combustible usé reste mortellement radioactif pendant des dizaines de milliers d’années. Nous n’avons pas de solutions de stockage permanentes, juste des installations temporaires et beaucoup d’optimisme – probablement naïf – que les générations futures découvriront un moyen d’y remédier.

En raison de tous ces inconvénients, les scientifiques recherchent des alternatives depuis des décennies. Et en fait, ils en ont trouvé une en remontant dans les années 1940, au Laboratoire national d’Oak Ridge dans le Tennessee, un centre de R & D financé par le gouvernement américain.

L’idée est en fait assez simple : si une fusion – comme quand les barres de combustible d’uranium deviennent si chaudes qu’elles fondent – est le principal danger des centrales nucléaires conventionnelles, pourquoi ne rendons-nous pas le combustible nucléaire liquide ? Il n’y a rien à fondre si c’est déjà fondu…
Et là, vous avez l’idée de base du « Réacteur à sels fondus » (MSR).

La façon dont cela fonctionne est que vous prenez des sels spéciaux (comme des sels de fluorure) et que vous les chauffez jusqu’à ce qu’ils se liquéfient, à environ 500°C. Ensuite, vous dissolvez votre combustible nucléaire (thorium ou uranium) directement dans ce sel fondu et faites en sorte que la réaction nucléaire en chaîne se produise là dans le liquide – les atomes se divisent, dégagent de la chaleur, réchauffent le sel lui-même.

Comment est-ce plus sûr, je vous entends demander ?
Grâce à une conception assez astucieuse où le fond du réacteur est lui-même constitué de sels non fondus qui fondraient si jamais les sels fondus surchauffaient (le « bouchon de congélation » que vous voyez sur le schéma ci-dessus). Et si ces sels non fondus fondaient, cela ferait tomber automatiquement les sels fondus surchauffés – par la seule gravité – dans des réservoirs muets d’urgence dont la géométrie (ce sont de larges récipients plats) arrêterait automatiquement la réaction nucléaire.

Pensez-y de cette façon. Imaginez pour les besoins de l’argument que vous faites un feu de camp – un paquet serré de bâtons brûlants – au-dessus d’une épaisse couche de glace, à quelques mètres sous laquelle se trouve juste du béton plat. Si votre feu de camp devient trop chaud, la glace fond et vos bâtons s’étalent à plat sur le béton en dessous : le feu s’éteint car il ne peut pas sauter entre les bâtons.

Concept assez similaire.

Pour être clair, dans ce concept MSR, ces sels fondus chauds mélangés à du combustible nucléaire doivent encore finalement chauffer de l’eau (ou un autre gaz, comme nous le verrons plus tard) en vapeur pour faire tourner des turbines et produire de l’électricité ; même principe de base que les réacteurs conventionnels. Mais voici la principale différence : le sel fondu radioactif s’écoule à travers des tuyaux métalliques à l’intérieur d’un échangeur de chaleur, où il chauffe l’eau propre qui coule de l’autre côté sans que les deux ne se mélangent jamais.

Cela signifie que les sels radioactifs restent complètement séparés dans leur propre boucle fermée, tandis que seule la vapeur propre et non radioactive va aux turbines. S’il y a une fuite dans le système de vapeur, vous ne libérez pas de matières radioactives dans l’environnement, vous libérez simplement de l’eau propre.

Il y a un autre avantage de sécurité tout aussi important mais moins évident : les MSR fonctionnent à la pression atmosphérique – la même pression que l’air qui nous entoure. Les réacteurs conventionnels fonctionnent à plus de 150 atmosphères car ils utilisent de l’eau comme liquide de refroidissement, et pour maintenir l’eau liquide à 300°C+ – 3 fois son point d’ébullition normal – vous avez besoin d’une pression intense.

Cela signifie que les réacteurs conventionnels nécessitent des cuves sous pression en acier massives avec des parois jusqu’à un pied d’épaisseur, pesant des centaines de tonnes. Et si jamais ces systèmes de cuves tombaient en panne, vous auriez une explosion massive : un peu comme un pneu de voiture qui éclate, sauf que la taille est celle d’une centrale nucléaire, et répandrait des éléments radioactifs mortels partout. Comparativement, si un tuyau MSR fuit, vous obtenez juste un goutte-à-goutte lent de sel fondu qui se solidifie au contact de l’air : ennuyeux, mais pas catastrophique.

Cela a aussi incidemment un impact énorme sur l’économie : le récipient sous pression représente à lui seul une grande partie des raisons pour lesquelles les centrales nucléaires conventionnelles coûtent 6 à 10 milliards de dollars pièce (ou, dans le cas de Vogtle, la dernière centrale nucléaire des États-Unis, 18 milliards de dollars pièce) et prennent une décennie à construire (11 ans dans le cas de Vogtle). Se débarrasser de l’exigence de pression rend les MSR considérablement moins chers et plus rapides à construire.

Voilà pour la sécurité. Comment les autres inconvénients sont-ils résolus ? Examinons maintenant la rareté de l’uranium et l’inefficacité du combustible.

L’immense avantage des MSR est que, contrairement aux réacteurs conventionnels, vous pouvez utiliser du thorium à la place de l’uranium. Ce qui est énorme car le thorium est un élément beaucoup plus courant que l’uranium : il se produit à environ 9-10 parties par million (ppm) dans la croûte terrestre – à peu près aussi courant que le plomb – contre seulement 2-3 ppm pour l’uranium.

Un aspect clé à comprendre cependant est que le thorium, contrairement à l’uranium, n’est PAS une matière dite « fissile », ce qui signifie qu’il ne peut pas soutenir une réaction nucléaire en chaîne par lui-même. Il est simplement « fertile », ce qui signifie qu’il peut devenir « fissile », mais seulement après avoir été transformé, et dans ce cas transformé en uranium 233.

C’est ce qu’on appelle la « reproduction ». Vous créez du combustible nucléaire à partir de matière non-combustible. Le processus de transformation se déroule de la manière suivante : lorsqu’un atome de Thorium-232 absorbe un neutron (rappelez-vous, les neutrons volent constamment dans un réacteur actif à cause de la division des atomes), il devient du thorium-233. Ensuite, le thorium-233 se désintègre naturellement-en environ 22 minutes, en Protactinium-233.

Ensuite, le protactinium-233 se désintègre, en environ 27 jours, en uranium-233. Et voilà : l’uranium 233 est fissile, ce qui signifie qu’il peut maintenant se diviser et entretenir la réaction en chaîne. Donc, en environ un mois, vous avez converti un atome non combustible (thorium) en atome combustible (Uranium-233) simplement en le faisant reposer dans le réacteur pour qu’il absorbe les neutrons. Tant que vous continuez à ajouter du thorium et qu’il continue à absorber des neutrons, vous produisez continuellement de nouveaux combustibles.

Attendez, pourquoi ne pouvez-vous pas faire cette « reproduction » en transformant le Thorium-232 en uranium-233 fissile dans un réacteur conventionnel ?

Techniquement, vous pourriez, mais vous seriez confronté à un problème insurmontable : vous ne pouvez pas réaliser un cycle de reproduction autonome avec du combustible solide. Donc, vous reproduiriez de l’U-233, mais pas assez pour à la fois soutenir la réaction ET reproduire plus d’U-233 à partir de thorium frais. Vous resteriez dépendant de l’uranium importé et revenez au même problème.

La beauté des MSR cependant est que, parce que le combustible est liquide et fluide, vous pouvez continuellement ajouter du thorium frais, l’uranium-233 se reproduit et reste dans le liquide où il participe immédiatement à la réaction nucléaire en chaîne ET à la production de plus d’uranium-233 à partir du thorium, tandis que le tout continue de fonctionner et de générer de l’énergie. En substance, vous avez créé une machine à mouvement perpétuel pour le combustible nucléaire : le réacteur fabrique son propre combustible à partir de thorium tout en fonctionnant simultanément avec ce combustible, en reproduisant davantage à mesure qu’il le brûle.

Il y a un autre énorme avantage.

Rappelez-vous comment les réacteurs conventionnels n’extraient qu’environ 1 à 3% de l’énergie contenue dans l’uranium avant que les barres de combustible ne soient « épuisées ». C’est parce que les déchets de fission s’accumulent dans le combustible solide et empoisonnent la réaction, la faisant s’arrêter, un peu comme la pâte à pain cesse de lever une fois que trop de CO2 s’accumule ; les déchets de la réaction finissent par étouffer la réaction elle-même.

Il n’y a pas un tel problème avec les MSR car dans un système à combustible liquide, vous pouvez éliminer chimiquement les déchets de fission du sel liquide qui s’écoule pendant que le réacteur continue de fonctionner, et ainsi extraire près de 99% de l’énergie du combustible, au lieu d’en gaspiller 97-99%. C’est une amélioration de 30 à 50 fois au niveau de l’efficacité énergétique !

Cela signifie que notre problème de déchets nucléaires est également en grande partie résolu.

Premièrement, il y a 30 à 50 fois moins de déchets parce que vous extrayez 30 à 50 fois plus d’énergie du carburant ; une mathématique de base. Deuxièmement, le peu de déchets qui restent est beaucoup moins méchant : contrairement aux déchets des réacteurs conventionnels qui restent dangereusement radioactifs pendant des dizaines de milliers d’années (plus longtemps que l’histoire humaine enregistrée), les déchets MSR n’ont besoin que d’un stockage sécurisé pendant 300 à 500 ans.
C’est encore long mais construire des installations de stockage qui durent une poignée de siècles est un défi d’ingénierie relativement trivial, nous savons comment le faire alors que nous ne savons pas comment construire quoi que ce soit destiné à rester en sécurité pendant potentiellement 100 000 ou 200 000 ans.

Dernier point critique :

Contrairement aux réacteurs conventionnels, les MSR n’ont pas besoin d’être construits à côté de sources d’eau massives, ils peuvent être construits essentiellement n’importe où. En fait, le réacteur MSR « TMSR-LF1 » chinois, le projet révolutionnaire dont nous discutons, est situé dans le comté de Minqin, dans la province du Gansu, l’une des régions les plus arides de Chine, juste au bord du désert de Gobi (voir capture d’écran ci-dessous, vous pouvez consulter la carte vous-même ici).