RÉACTEURS NUCLÉAIRES À SELS FONDUS

Pour satisfaire les futurs besoins énergétiques, devant la raréfaction des énergies fossiles et les problèmes environnementaux qu'elles génèrent, la filière nucléaire pourrait se développer. Toutefois, celle-ci, pour répondre aux diverses exigences (notamment de sûreté et de développement durable), doit développer de nouveaux concepts de réacteurs dits de « quatrième génération ». Parmi eux, le réacteur à sels fondus constitue une voie prometteuse.

Vers la génération IV

Quels que soient les scénarios envisagés à l'horizon de 2050, les besoins énergétiques ne cessent de croître du fait de l'augmentation de la population mondiale et du fort développement des pays émergents. Une part importante de cette augmentation se fera en Asie, principalement en Chine et en Inde. Quant aux pays développés, s'ils déploient des efforts d'efficacité énergétique et de maîtrise de l'énergie, ils devront toutefois modifier leur type de production qui est aujourd'hui essentiellement fondée sur les énergies fossiles (hormis quelques pays dont la France). La production d'énergie nucléaire peut alors jouer un rôle déterminant dans la lutte contre le changement climatique, à condition qu'il soit possible d'au moins décupler la puissance installée dans le monde d'ici à 2050.

Si ce défi est réalisable, dans un premier temps, avec les réacteurs actuels (générations II et, bientôt, III), il se heurtera, d'ici à la fin du xxi^e siècle, aux limites des ressources mondiales en uranium fissile naturel, combustible essentiel de ces réacteurs. Le terme « génération » pour les réacteurs désigne les ruptures technologiques et les diverses améliorations que le nucléaire civil a connues depuis son origine dans les années 1950. Au sein d'une même génération, on distingue différentes filières (ou types) de réacteurs nucléaires, qui sont caractérisées par leur combustible (matière, forme), leur fluide caloporteur (matière utilisée pour extraire la chaleur produite), leur spectre neutronique (dit « thermique » si les neutrons sont ralentis, « rapide » sinon) et, enfin, dans le cas d'un spectre neutronique thermique, par leur modérateur (élément permettant de ralentir la vitesse des neutrons pour assurer une réaction en chaîne efficace). Les installations aujourd'hui en exploitation sont dites de génération II (la première génération regroupant les réacteurs construits avant 1970), principalement représentées par des réacteurs refroidis à l'eau, utilisant de l'uranium comme combustible et fondés sur des spectres neutroniques thermiques : réacteurs à eau pressurisée ou R.E.P., réacteurs à eau bouillante ou R.E.B., réacteurs Candu – Canada deutérium uranium –, réacteurs soviétiques R.B.M.K. (Reaktor Bolchoï Mochtchnosti Kanalnogotipa) et V.V.E.R. (Vodo Vodiano Energuietitchesk Reaktor). La génération III est prête à prendre le relais d'ici à 2015, avec par exemple l'European Pressurized Reactor (E.P.R.) franco-allemand et l'AP1000 (Advanced Passive Plant) américain, deux versions optimisées de réacteurs à eau légère actuels, tant au niveau de l'efficacité que de la sûreté. Les premiers E.P.R. sont en construction sur les sites finlandais d'Olkiluoto et français de Flamanville (Manche) pour une mise en service, respectivement, en 2012 et 2013.

L' actuelle industrie du nucléaire de fission repose presque entièrement sur le seul noyau fissile naturellement disponible sur Terre, l'uranium 235 (noté ²³⁵U), qui représente 0,72 p. 100 de l'uranium naturel. Le déploiement des réacteurs de générations II et III, qui produisent donc de l'énergie en consommant cette ressource limitée, se trouvera donc bloqué d'ici environ un siècle si l'on intensifie les recours à ce type d'énergie.

L'option proposée est de développer des réacteurs dits de génération IV, dont la particularité essentielle est d'être au moins régénérateurs, c'est-à-dire de produire au moins autant de matière fissile que celle qui est consommée, en transformant des éléments fertiles (²³⁸U et thorium) en matière fissile. Ces éléments fertiles étant naturellement beaucoup plus abondants sur Terre que la matière fissile (par exemple, l'uranium naturel contient 99,27 p. 100 d'²³⁸U), de tels systèmes permettent d'envisager une production d'énergie nucléaire de fission massive durant plus d'un millénaire.

Les objectifs visés pour ces systèmes de génération IV, de même que le choix des technologies clés pour les atteindre, font l'objet de nombreux échanges internationaux, notamment dans le cadre du Forum international génération IV (Generation IV International Forum ou G.I.F.). Ce dernier a permis d'établir la liste des critères attendus pour ces nouveaux réacteurs (sûreté optimale, économie des ressources, minimisation de la production de déchets, non-prolifération, déploiement), ce qui a abouti en 2002 à retenir six systèmes candidats, à étudier comme réacteurs du futur : le réacteur à neutrons rapides à caloporteur hélium (Gas-cooled Fast Reactor ou G.F.R.) ; le réacteur à neutrons rapides à caloporteur en alliage de plomb (Lead-cooled Fast Reactor ou L.F.R.) ; le réacteur à sels fondus (Molten Salt Reactor ou M.S.R.) ; le réacteur à eau supercritique ; le réacteur à très haute température (1 000 ⁰C/1 200 ⁰C), refroidi à l'hélium, dédié à la production d'hydrogène ou à la cogénération hydrogène/électricité (Very High Temperature Reactor ou V.H.T.R.) ; le réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (Sodium-cooled Fast Reactor ou S.F.R.).

Cet éventail de concepts permet de pouvoir identifier les systèmes présentant des avancées technologiques significatives selon les critères du G.I.F. pour permettre des recouvrements quant aux capacités de ces systèmes, tous n'étant pas destinés à terme à être viables ou à atteindre les performances attendues, voire à présenter un attrait commercial pour être déployés. La progression des activités de recherche-développement pour chacun de ces systèmes se compose, dans les années à venir, de plusieurs phases : une phase de cadrage et sélection de la version du concept ; une phase de viabilité, dont l'objectif est de répondre aux questions de faisabilité ; une phase de performances correspondant au développement et à l'optimisation des sous-systèmes jusqu'à l'obtention d'un concept mature et suffisamment attractif d'un point de vue industriel ; et enfin une phase de démonstration grandeur nature de la technologie. Si cette dernière est couronnée de succès, le système concerné pourra être commercialisable et passer dans le domaine industriel.

C'est le réacteur à neutrons rapides caloportés au sodium, similaire au réacteur français Superphénix, qui est le plus étudié de par le monde. Il présente toutefois deux difficultés majeures pour une exploitation industrielle à grande échelle : un coefficient de vide positif, ce qui rend le système potentiellement instable, et la présence d'un matériau hautement inflammable (le sodium) dans le cœur.