Une vague d’ondes dans le nucléaire

© Denis Delbecq

© Denis Delbecq

Bill Gates croit au nucléaire, et il le prouve. Le fondateur de Microsoft aurait investi plusieurs dizaines de millions de dollars dans une startup américaine du nucléaire, Terrapower, émanation d’Intellectual ventures lab, un laboratoire d’idées fondé… par un ancien responsable de la recherche de Microsoft, Nathan Myhrvold (1). La firme ambitionne de mettre au point un réacteur capable de fonctionner pendant soixante ans sans interruption: fini les arrêts pour charger et décharger le combustible. Un réacteur à « ondes voyageuses », tel que le nomme Terrapower, qui reviendrait à brûler ses propres déchets (enfin pas tous, loin s’en faut). De plus, il permettrait d’utiliser les réserves d’uranium appauvri, issus du processus d’enrichissement de l’uranium. Et supprimerait la phase de retraitement, les produits de fissions étant stockés à long terme.

Avouer que ça mérite de creuser le sujet pour comprendre ce qui pourrait paraître comme miraculeux, même pour un responsable de centrale nucléaire. Car périodiquement, tous les 12 à 24 mois (c’est variable suivant le type de réacteur), il faut arrêter chaque réacteur pour décharger les barres de combustibles usagées, qui contiennent encore une immense majorité de combustible inutilisé et doivent ensuite suivre un cycle complexe de retraitement. Et ensuite recharger en combustible neuf.

Un réacteur conventionnel brûle de l’uranium 235, présent en faible quantité dans l’uranium naturel, qui doit donc être enrichi. Le résidu de ce processus d’enrichissement, de l’uranium appauvri, ne sert pas à grand chose (à fabriquer des obus hélas), et des stocks gigantesques ont été constitués depuis des décennies. Le procédé sur lequel travaille Terrapower s’appuie sur ce « déchet ». Après avoir fouillé la Toile, je suis tombé sur un papier de la revue du MIT, Technology Review, qui s’est penchée sur le sujet il y a un peu moins d’un an, dans un dossier consacré aux « dix technologies émergentes de 2009 ».

Un peu de physique
La petite quantité d’uranium 235 sert uniquement à allumer le réacteur. En se désintégrant, cet uranium libère des particules, des neutrons, qui vont transformer, par une une succession de réaction nucléaires, l’uranium 238 (non fissile) en plutonium 239 (fissile). Quand ce dernier se désintègre (mécanisme de fission) il libère des neutrons qui vont bombarder d’autres atomes d’uranium 238 et ainsi de suite. Un fonctionnement de proche en proche qui ressemble à la propagation d’une onde.

Ici, l’uranium 235, celui qui coûte cher à obtenir dans les combustibles conventionnels, ne sert qu’à « allumer » le réacteur, ensuite, ce sont d’autres réactions nucléaires qui mettent en œuvre les noyaux de l’uranium 238 qui vont fournir l’énergie de la centrale. Ces réactions se propagent lentement dans le bloc de combustible, à une vitesse estimée d’un centimètre par an. La combustion s’arrête au bout d’environ soixante-ans, quand tout l’uranium 238 a été consommé. Pour extraire la chaleur, les ingénieurs de Terrapower misent sur le sodium liquide, comme cela se passait dans le réacteur Superphénix français. Un matériau qui permet de travailler à plus haute température qu’avec l’eau des réacteurs conventionnels, et donc d’avoir, entre autres, une conversion plus efficace en électricité.

Selon Technology Review, le principe remonte au début des années quatre-vingt dix, mais c’est la première fois que des ingénieurs affirment avoir mis au point un concept utilisable en pratique. Un concept, pour le moment parce que Terrapower admet n’avoir pas encore étudié le comportement de son réacteur en condition critiques. Ce qui prendra du temps. Mais la firme se risque à prédire un début de commercialisation de sa technologie au début des années 2020. Si elle avait annoncé une ou deux décennie de plus (qui seraient sans doute nécessaires, on prend les paris?), elle aurait attiré moins de capitaux prestigieux…

Terrapower vise d’abord de la construction petites unités, de l’ordre de la centaine de mégawatts électriques, qui pourraient être installées dans les pays en développement sans craindre de prolifération nucléaire. Car sans enrichissement, pas de bombes atomiques. Mais ce que ne dit pas Terrapower, c’est que la prolifération de matières radioactives ne se limite pas aux champignons atomiques: des explosifs ordinaires associés à des matériaux nucléaires secoueraient la planète sans doute plus qu’elle a pu l’être le 11 septembre 2001… Et bien évidemment, l’horizon de déploiement d’une telle technologie, pour peu que cela se fasse un jour, ne résoudra pas la question de nos émissions de gaz à effet de serre, dont les scientifiques du GIEC nous disent qu’elles doivent baisser bien avant.

(1) Pépinières d’idées, IVL travaille aussi sur la vidéo à très haute fréquence, par exemple pour étudier le vol du moustique (pour mieux combattre ce vecteur de maladies), et aussi sur la conception d’un bouclier stratosphérique à base de particules de soufre pour atténuer le rayonnement solaire et lutter contre le réchauffement climatique.

33 réflexions au sujet de « Une vague d’ondes dans le nucléaire »

  1. Pas besoin d’explosion, l’industrie nucléaire a réussi à faire accepter à l’état que les déchets soient incorporé aux bétons de construction. Elle est pas belle la vie.

  2. Rien de nouveau sous le soleil.

    La filière nucléaire décrite ici est simplement la filière surgénératrice, que l’industrie du nucléaire a commencé à étudier dès les années 1960, y compris en France, avec la construction du réacteur expérimental Rapsodie en 1959, puis du réacteur expérimental Phénix et du prototype Superphénix dans les décennies qui ont suivi.

    On a souvent tendance à penser qu’il n’existe qu’une seule filière nucléaire, celle de l’uranium 238. Mais c’est loin d’être le cas. La filière uranium 238 est celle qui a été développée dans les années 1950, car à l’origine, elle était vue comme ayant un gros avantage : elle permettait d’amortir les investissements militaires faits pour développer la bombe, en réutilisant certaines de ses technologies à des fins civiles (on parle de technologies duales). On s’est rendu compte plus tard que cet avantage était en fait un très gros inconvénient, puisque cela rendait la prolifération de la bombe nucléaire possible.

    La surgénération est une autre filière nucléaire, complètement différente de la filière actuelle. En fait, il n’y a pas une, mais plusieurs filières surgénératrices. Ainsi, certaines reposent sur des réacteurs dits «à neutrons rapides» (sans modérateur), comme Rapsodie, Phénix et Superphénix ; d’autres non (filière au thorium, par exemple). Les « réacteurs à ondes voyageuses » (« traveling wave reactors »), dont parle Denis Delbecq, entrent dans cette seconde catégorie.

    Les filières surgénératrices utilisent des matériaux dit «fertiles» plutôt que «fissiles» : on ne peut pas casser les atomes de ces matériaux avec des neutrons en libérant une grande quantité d’énergie, comme on le fait dans les bombes ou les réacteurs nucléaires utilisant des matériaux fissiles (par contre, les neutrons en question transforment ces matériaux fertiles en matériaux fissiles directement dans le cœur du réacteur nucléaire, qui peuvent à leur tour être cassés par d’autres neutrons, réaction qui libère alors beaucoup d’énergie.)

    De ce fait, ces filières ont plusieurs avantages sur la filière nucléaire actuelle. Elles permettent d’utiliser d’autres matières premières au moins aussi abondantes, voire considérablement beaucoup plus abondantes que l’uranium 235 (ex : thorium 232, uranium 238) : les limites liées aux réserves sont donc repoussées très très loin (pour certaines, plusieurs siècles, même avec une croissance exponentielle de la production qui dure des décennies). Certaines permettent aussi d’utiliser comme matières premières ce qu’aujourd’hui, on considère comme des déchets des centrales nucléaires (ex : plutonium 239) : pouvoir détruire en un temps raisonnable les actuels déchets nucléaires à haute activité et à vie longue n’est pas juste un petit plus.

    Par ailleurs, comme le reconnaît Denis Delbecq, le risque de prolifération nucléaire disparaît avec les filières surgénératrices, puisqu’on manipule des matériaux non fissiles, seulement fertiles (les matériaux fissiles apparaissent en cours de réaction seulement.) Mais en fait, ce risque ne disparait pas toujours totalement. Cela dépend des éléments fertiles que l’on utilise au départ (autrement dit, de la filière surgénératrice choisie) : par exemple, un des produits mineurs de la réaction au thorium, l’uranium 233, qui n’est pas détruit par la réaction au cœur du réacteur, et qui doit donc être récupéré en fin de réaction, est potentiellement proliférant, comme toutes les matières fissiles (ceci dit, le même problème de prolifération de matières fissiles se pose pour le nucléaire médical, et pourtant cela ne semble gêner personne.)

    Ces filières nucléaires n’ont évidemment pas que des avantages. Parmi ces inconvénients, on en retrouve certains qui sont déjà connus avec la filière nucléaire actuelle : selon la filière surgénératrice choisie, peuvent exister des déchets nucléaires à haute activité qui imposent un recyclage (par exemple dans le cas du thorium), même s’ils ne durent pas aussi longtemps que le plutonium des centrales nucléaires actuelles ; et comme je le disais précédemment, le caractère proliférant de certains déchets, qui dépendent des matières fertiles que l’on a utilisés au départ. D’autres inconvénients sont spécifiques à cette filière nucléaire, par exemple le coût de préparation des matériaux que le réacteur va consommer, qui est généralement beaucoup plus élevé que ceux de la filière nucléaire actuelle.

    Dernier inconvénient, commun à toutes les filières nucléaires, et que Denis Delbecq a aussi mentionné : outre que cela coûte cher, développer une nouvelle filière prend du temps, beaucoup de temps. Avant d’arriver au stade du réacteur industriel, il faut construire des réacteurs expérimentaux, puis des prototypes, puis des démonstrateurs. Avec, entre chacune de ces étapes, suffisamment de temps pour pouvoir s’assurer que tout fonctionne de manière satisfaisante, vieillit de manière satisfaisante, … Ainsi, en pratique, si la France décidait à nouveau de développer la filière surgénératrice à neutrons rapides utilisée dans Phénix et Superphénix en 2010, le premier démonstrateur ne démarrerait au mieux que vers 2025-2030, et le premier réacteur réellement industriel ne fonctionnerait pas avant 2040… Bref, mieux vaut ne pas trop compter dessus pour réaliser l’essentiel de notre transition énergétique (par contre, pour l’après-transition, c’est une autre question… sur laquelle je ne me prononcerai pas ici !)

  3. A romu

    Les matériaux de construction que nous utilisons, comme ceux qu’utilisaient nos parents ou nos arrières grand-parents, sont déjà radioactifs, à des degrés divers. Ainsi, les maisons en Bretagne, faites avec le granite local, sont parmi les plus radioactives de la France métropolitaine. Parce que le granite libère naturellement et lentement du radon (et ce, depuis la nuit des temps). A tel point qu’on estime que si les bretons aéraient correctement leurs maisons en granite tous les jours, cela éviterait de l’ordre de 300 décès par cancer chaque année.

    Il faudrait arrêter de voir la radioactivité comme le mal absolu. La radioactivité est un phénomène naturel (et sans lequel nous ne serions même pas là). Par contre, il y a des quantités de radioactivité qui ne le sont pas, et c’est cela qui est important, et sur lequel il faut rester vigilant.

    • Euh ouais enfin l’histoire à laquel fait référence Romu c’est quand même une décision sur laquelle l’ASN avait rendu un avis négatif mais qui a été quand même entériné par les ministères concernés… J’ai du mal à croire que l’Autorité de Sureté Nucléaire puisse voir la radioactivité comme « le mal absolu »…

    • Que la radioactivité soit un phénomène naturel, soit, aucun problème avec ça.

      Pour autant cela doit-il justifier que des déchets radioactifs soit incorporés à des matériaux de constructions ? Là, j’ai quand même quelques doutes.

      C’est quand même parce que c’est un phénomène naturel, qu’il faut forcément en rajouter. A mois que cela soit un réel avantage dans les constructions en question…hé hé, là, j’ai aucun doute.

      • « Pour autant cela doit-il justifier que des déchets radioactifs soit incorporés à des matériaux de constructions ? Là, j’ai quand même quelques doutes. »

        Je n’ai jamais entendu parler de cette intention (?) et je trouve cette affirmation trés étrange quand on voit les précautions qui sont prises par ailleurs . Pourriez-vous nous dire de quoi il s’agit exactement ?

      • J’ai suivi ce lien qui n’améne que vers des articles reprenant une déclaration de la CRIIRAD qui crie au loup en déclarant : « c’est criminel »! ». A part ça, je ne trouve que des adjectifs qualificatifs et de l’émotion.
        Mais de quoi parle t-on ? Où sont les chiffres ? Que dit exactement ce décret tant décrié à l’avance par la meute de ceux dont le métier et d’émouvoir pour vendre ?
        La CRIIRAD dont le militantisme anti-nucléaire est notoire n’est pas une source fiable à elle seule.

      • Puisqu’il faut vous prendre par la main :

        http://www.asn.fr/index.php/S-informer/Actualites/2009/Radionucleides-dans-les-biens-de-consommation-et-de-construction

        « Un arrêté définissant les éléments qui doivent être joints à toute demande de dérogation aux interdictions d’addition de radionucléides dans les biens de consommation et produits de construction a été publié au Journal Officiel du 14 mai 2009. Cet arrêté a fait l’objet d’un avis défavorable de la part de l’Autorité de sûreté nucléaire (Avis n° 2008-AV-0065 du 19 novembre 2008 ci-joint) lors des consultations préalables. L’ASN estime en effet que cet arrêté peut être un facteur de banalisation du processus de dérogation. »

      • Merci pour ce lien qui cette fois est clair.
        C’est donc cet arrété qui précise les modalités de demande d’éventuelles dérogations qui suscite tant d’effroi.
        Tempête dans un verre d’eau.
        Le principe de précaution a encore frappé fort même si l’ASN a fait son travail en rappelant la loi qui précise qu’il n’y a pas de seuil défini en France.
        Ca n’aurait probablement jamais mis personne en danger mais je comprends qu’il faut tenir compte des peurs irrationnelles qui contraignent les activités économiques.

      • Interprétation totalement personnelle qui fait encore une fois la preuve que certain perdent toute rationalité dès qu’il s’agit de nucléaire… On dirait un discours de secte…

  4. « Un réacteur conventionnel brûle de l’uranium 235, présent en faible quantité dans l’uranium naturel, qui doit donc être enrichi. »
    —————–
    A noter que les réacteurs CANDU brûlent directement de l’uranium NON enrichi. Ils produisent encore de l’énergie même avec un taux fissile/fertile de 0,5% et les Canadiens les alimentent en partie avec des « déchets » des réacteurs PWR (en Amérique du Nord, la filière a fait le choix de ne pas retraiter).
    C’est une techno qui marche très bien depuis 50 ans et non proliférante. Seul gros inconvénient, le modérateur est de l’eau lourde (à ne pas confondre avec l’eau de lourdes), qui n’est pas donnée.

  5. Pour compléter l’explication claire de Hollidays et pour information de tous, nous avons pour 5000 ans de stock d’uranium appauvri (99,7% d’U238 environ) sur le sol français pour les futurs réacteurs GEn IV (RNR) avec la consommation d’aujourd’hui. Si cette consommation devait être multipliée par 5, il resterait encore 1000 ans de stock. D’ici là, j’espère que nos descendants auront trouvé encore mieux (fusion ?).
    Le constat vaut pour le monde entier avec les réserves connues actuelles et prévues d’uranium.
    De plus, cette réaction nucléaire peut aussi utiliser du Thorium ( avec d’autres avantages) qui est trois fois plus abondant que l’uranium sur terre.

  6. De plus, ce type de réacteur permet de consommer en partie (plus en moins importante suivant le type de RNR) les actinides produits (plutonium, américium, curium, neptunium) et diminue ainsi de manière importante la radiotoxicité des déchets (mais pas le volume). Même s’il en existe déjà en Russie (BN-600) et en Inde, la future génération (GEN IV) n’existera pas avant 30 ans en Occident. Et encore, seulement si nous décidons d’engager des prototypes tête de série d’ici 2 ou 3 ans pour tester la résistance et le vieillissement des structures aux neutrons rapides.
    La Chine a décidé de s’équiper avec des RNR BN-800 russes (successeur des BN-600) … pour commencer.

  7. Remarquez bien qu’après toute ces discussions, on ne sait toujours pas en quoi consistent ces fameux déchets qui seraient incorporés dans les biens de consommation! Par contre on voit à quel point le délire s’insta

  8. Je continue: le délire s’installe dès qu’on parle de déchets nucléaires. Personne ou à peu près ici ne sait de quoi il s’agit, ni même n’a fait l’effort de se renseigner. C’est ce bon vieux réflexe pavlovien soigneusement cultivé depuis des dizaines d’années: pour faire saliver l’ animal, il suffit de lui montrer la nourriture. Rien de tel bien sûr quand il s’agit des 500 000 morts par an du charbon.

  9. Si vous vous voulez de l’énergie pas chère : choisissez le nucléaire ! Sans compter que la pollution engendrer par le nucléaire est plutôt faible par rapport aux autres moyens de production d’électricité. Et n’allez pas me dire qu’il faut remplacer les centrales nucléaires par des éoliennes et des panneaux solaires, car c’est du grand n’importe quoi ! Et oui, il y en faudrait tellement qu’il n’y aurait probablement plus de place sur le territoire français. Moi je dis ou au nucléaire ! Bien sur il faut que l’éolien ou le solaire soit utilisé mais pas dans la démesure telle que les écolos nous le proposent car non seulement la facture serait terriblement salée, mais aussi parce que sa finirait par ne plus être écolo !

    • Je pense qu’il faut arrêter d’être partisan, la question n’est plus là. On peut être pour le nucléaire et se dire écologiste, tout comme on peut être contre l’endettement et se dire socialiste, tout comme on peut se dire pour une taxe sur les transactions financières et se dire de droite. Ces petites boîtes ne nous servent vraiment pas.

      Pour quoi vais-je voter ? En vrac …

      – Je vote pour le prolongement du nucléaire et la recherche dans ce domaine même si j’aurais sans doute voter contre il y a 20 ans.
      – Je vote pour que les investissements dans le renouvelable dépassent ceux du nucléaire
      – Je vote pour la suppression des allocations familiales à partir du troisième enfant
      – Je vote pour la taxe carbone
      – Je vote pour le libre échange entre les acteurs au sein d’une nation mais pas entre les nations. Je donne la possibilité à une nation de protéger la production de biens considérés comme relevant de la sécurité intérieure – cela ne les empêche en rien de mettre sur le marché global leur surplus au prix d’un marché global. Je vote pour une forme évoluée de l’autarcie.
      – Je vote pour un contrôle des flux migratoire, cela relève de la nation
      – Je vote pour la taxe Tobin
      – Je vote pour la standardisation des packagings pour qu’ils soient tous recyclés
      – Je vote pour UNE suppression de la marchandisation de l’information
      – Je vote non pas pour un vote censitaire mais pour un vote savant (tout électeur a le droit de vote mais le crédit apporté à son vote dépend de la connaissance qu’il a de la réalité sur base d’un document reprennant les faits de base à savoir – la Belgique a une population qui est inférieure/suppérieure à 10 millions d’habitans ?
      – Je vote contre la pub telle qu’on la connait et pour la mise à disposition d’une information objective des produits mis sur le marché

      Si je devais résumer, je dirais que je vote pour les candidats qui ont pris acte des limites à la croissance, et à part l’écologie (qui a légèrement renier ce point de vue), je ne vois pas.

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