Un pavé dans la mare radioactive ; non, il n'y a pas une seule manière de produire de l'énergie à partir de la fission des atomes. Oui, nos centrales pourraient fonctionner autrement. Non, il n'est pas forcément nécessaire de confiner les combustibles fissiles dans des réacteurs potentiellement explosifs par nature, ou de générer des déchets dont on sait qu'ils n'en finiront pas d'empoisonner les générations futures.

Plus sûr, plus propre, et même sans uranium : assurément oui, un autre nucléaire est possible. Incroyable ? Pas le moins du monde. C'est même une vérité assez bien connue des ingénieurs. Notre dossier explique en détaille fonctionnement de ces autres centrales nucléaires imaginées de longue date et les raisons pour lesquelles l'histoire a emprunté un autre chemin. Three Mile Island, Tchernobyl et maintenant Fukushima... Ne serait-il pas plus raisonnable de s'engager enfin sur la voie de cet autre nucléaire ? Cela semble peu probable. Et peut paraître curieux.

C'est un secret bien gardé : il existe une autre manière de produire de l'électricité nucléaire que celle mise en place depuis 50 ans ! En particulier, des réacteurs dits "à sels fondus", à base de thorium plutôt que d'uranium, feraient aussi bien, mais sans risquer de provoquer des Tchernobyl ou des Fukushima ! La solution rêvée pour l'avenir ? Encore faudrait-il que la filière revoit ses dogmes. Explication..

Paris, Bruxelles, Vienne... Depuis la catastrophe nucléaire de Fukushima, les sommets internationaux se multiplient dans l'espoir de rassurer les populations. Avec, comme enjeu industriel, la survie d'une source d'énergie qui délivre 16 % de l'électricité planétaire, pour un minimum de CO2. Alors, à la tribune, les officiels haussent le ton. Qu'on se le dise : les exigences de sûreté sur les réacteurs existants seront encore plus drastiques - sous peine de fermeture immédiate -, les pays se contrôleront mutuellement sans fausse pudeur et, tenez-vous bien, on créera des brigades d'intervention rapide au cas où une centrale serait hors de contrôle en dépit des mille précautions prises ! Autant de mesures qui, bien que très louables, ne font que constater le singulier problème de l'atome : c'est que le parc nucléaire mondial actuel réclame une vigilance de tous les instants, telle une casserole de lait posée sur le feu - la menace radioactive en plus. Une situation qui ne satisfait plus grand monde aujourd'hui... mais qui ne doit cependant rien au hasard.
Depuis les débuts de l'électricité nucléaire, c'est-à-dire depuis cinquante ans, l'industrie de l'atome donne ainsi le sentiment qu'il n'existe qu'une seule et unique manière d'exploiter la fission. Au point que, pour tout le monde, la recette de l'électricité nucléaire ne souffre a priori aucune discussion. Prenez de l'uranium (teneur de 3 à 5 % en isotope fissile ²³⁵U) et confectionnez de longs crayons rigides ; plongez ces crayons en rangs serrés dans une marmite ; remplissez la marmite d'eau et maintenez le tout sous 155 bars de pression afin d'éviter l'ébullition ; laissez les fragiles et instables atomes d'uranium se bombarder mutuellement de neutrons, de telle sorte qu'ils se fragmentent en libérant à la fois de nouveaux neutrons (gages de réactions en chaîne) et une chaleur intense ; récupérez cette chaleur évacuée par l'eau pressurisée, et vous produirez de la vapeur, puis de l'électricité, via un classique réacteur refroidi à l'eau sous pression, omniprésent en France. (Il existe d'autres types de réacteurs, mais ce ne sont que des déclinaisons fonctionnant peu ou prou selon ces principes).
Mais voilà, cette recette a beau être servie depuis des lustres à la table du nucléaire, elle est particulièrement restrictive et bornée ! Surtout, elle n'est pas la seule capable de produire de l'électricité nucléaire : il existe d'autres recettes pour déclencher une réaction de fission nucléaire et maintenir cette réaction tout en la contrôlant ! On pourrait ainsi prendre, à la place de l'uranium, du minerai de thorium ; transformer ce combustible en liquide plutôt qu'en crayons solides ; mélanger le tout dans un fluide de refroidissement qui serait ici un sirop de sels fondus à pression ambiante, et non de l'eau sous haute pression (voir l'infographie).
Soit un "réacteur alimenté au thorium et refroidi aux sels fondus"... dont personne n'a jamais vu la couleur dans le paysage industriel. Alors que ce réacteur est parfaitement envisagé par une poignée de scientifiques, dont de prestigieux pionniers de la fission, qui n'ont jamais cessé d'être habités par cette question vertigineuse : et si, au lieu des centrales actuelles, il nous avait été donné de développer d'autres genres de réacteurs, intrinsèquement sûrs et dociles ? Car il se trouve que cette géniale combinaison thorium/sels fondus remédierait, a priori, à tous les inconvénients du nucléaire que nous déplorons aujourd'hui ! Charles Forsberg, chercheur au département nucléaire du MIT, ne cache pas son admiration : "Grâce à ses remarquables qualités naturelles de sûreté, un tel réacteur se serait autrement mieux comporté à Fukushima... du moins sur le papier !" Le gouvernement chinois ne s'y est pas trompé : le 25 janvier dernier, l'Académie des sciences de Shanghai a lancé un vaste programme de 250 millions de dollars sur ce concept. Tandis que, depuis la catastrophe de Fukushima, les conférences sur ce thème se multiplient. Des groupes de pression, comme la Thorium Energy Alliance, se sont même formés outre-Atlantique. Et l'engouement commence aussi à gagner le grand public via Internet - il se vend des tee-shirts à la gloire du thorium !

REVOIR LE PRINCIPE DES RÉACTEURS

Aussi surprenant que cela puisse sembler, un autre nucléaire est donc possible. Et cette alternative, en plus d'être possible, apparaît également souhaitable. Souvenez-vous : la fusion du réacteur n°2 de Three Mile Island, aux Etâts-Unis, en 1979 ; l'explosion du réacteur n°4 de Tchernobyl, en ex-URSS, en 1986 ; et, plus récemment, la perte des réacteurs n°1, 2 et 3 de Fukushima, au Japon... Au cours des trois dernières décennies, plus de 1 % des réacteurs en activité dans le monde ont connu l'équivalent d'un crash ! Les statistiques commencent à devenir inquiétantes. Certes, les circonstances de ces accidents ne sont pas les mêmes, et les technologies en cause diffèrent aussi - à Tchernobyl, il s'agissait d'un réacteur à graphite version soviétique, alors que les deux autres cas concernent la famille des réacteurs à eau "occidentaux". Mais, au bout du compte, s'inquiète Jacques Repussard, directeur de l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), "le nucléaire montre là un niveau de risque inacceptable, guère meilleur que celui rencontré dans l'industrie chimique ! C'est inacceptable dans le cas de l'atome, car il existe dans nos sociétés une aversion très particulière pour l'accident radiologique, qu'importe le faible nombre de victimes". Outre l'acceptation par les populations, entrent aussi en jeu des conséquences économiques pour les pays touchés par un accident. Une chose est sûre, poursuit ce haut responsable, "si elle veut continuer à exister et à se développer, l'énergie nucléaire ne peut pas en rester là".
Toute la question est de savoir comment progresser... Clamer haut et fort que "la filière tirera les enseignements de l'accident de Fukushima" ne constitue pas un gage suffisant. D'après Giovanni Bruna, expert en sûreté nucléaire à l'IRSN, "les leçons tirées de Three Mile Island et de Tchernobyl, où se mêlaient erreurs humaines et défaillances matérielles, n'ont pas servi à Fukushima qui a été victime d'une combinaison aussi sidérante qu'imprévisible d'aléas naturels. Le prochain accident devrait suivre des scénarios que nous n'aurons pas anticipés : il va falloir imaginer l'inimaginable." Imaginer l'inimaginable ? Vaste programme... "Cela dépasse l'entendement et ne se réglera pas seulement en surélevant la hauteur des digues de protection, tranche Jacques Repussard. Des progrès en sécurité ne s'accompliront qu'en s'attaquant au vrai sujet : les caractéristiques fondamentales des réacteurs". Un sujet que les discours officiels n'abordent jamais...

DES IDÉES LAISSÉES SUR LA TOUCHE

Et pour cause, les usines à fission en service aujourd'hui cachent en leur sein un lourd secret. Un secret historique, originel même : leur technologie n'a pas été sélectionnée au départ sur des critères de sûreté ! En clair, celle-ci n'a pas été choisie parce qu'elle était la plus sûre - ni d'ailleurs la plus efficace ou la plus sobre en déchets. C'est qu'à l'époque, d'autres nécessités impérieuses présidaient. On comprend alors mieux la multitude de défauts de sûreté qui frappent nos réacteurs à eau sous pression : la très haute pression régnant dans les circuits, la monstrueuse concentration de matière réactive dans la cuve, le délicat refroidissement du cour, la fragilité des barres de combustible et de leurs gaines, etc. Or, cette longue liste n'est en aucun cas une fatalité de la fission nucléaire, pas plus que le signe d'un manque de solutions alternatives. Bien au contraire, les pionniers des laboratoires d'Oak Ridge (Tennessee, Etats-Unis), sacro-saint foyer de l'énergie nucléaire, avaient plutôt l'embarras du choix. En effet, peu après les premières expériences de fission (en 1942), se bousculaient déjà dans leur tête un millier d'architectures possibles de réacteurs, réalisables en combinant les différents combustibles, fluides de refroidissement et modérateurs (matériaux qui facilitent la réaction de fission).
L'occasion a encore été donnée de le vérifier au début des années 2000, lorsque les Etats-Unis ont proposé de plancher sur une nouvelle génération de réacteurs, la quatrième. Il s'agissait à l'époque, dans une perspective d'envolée mondiale du nucléaire (c'était avant Fukushima...), d'éliminer deux défauts gênants : la voracité en uranium des centrales existantes ainsi que leur production d'infâmes déchets radioactifs. Franck Carré, directeur scientifique pour l'énergie nucléaire au CEA, a participé à la définition de cette "génération4" : "Nous avons analysé pas moins de 120 concepts explorés par le passé ! Les ingénieurs ne sont pas à court d'imagination pour trouver de nouvelles architectures, et cette science est encore jeune". Si les réacteurs actuels sont loin d'être le plus mauvais choix possible, les chercheurs ne sont pas non plus à l'abri de tomber sur une pépite. Au final, six prétendants ont été sélectionnés en vue de représenter cette génération 4. Et parmi eux se trouve justement le réacteur au thorium à sels fondus, LA fameuse pépite ; le rêve secret que font la nuit les ingénieurs nucléaires.
L'enthousiasme pour cette architecture a des racines singulièrement profondes et solides. De fait, la révélation de cette petite merveille de machine s'est opérée à la fin des années 1950 dans les prestigieux laboratoires d'Oak Ridge... À l'heure où les grands industriels commençaient à vendre les premiers exemplaires de nos réacteurs très imparfaits, les plus brillants cerveaux de la fission militaient, eux, pour ces machines à sels fondus et au thorium. Quelques électriciens, dont le français EDF, ont aussi flirté avec l'idée pendant un temps. S'en étaient suivies cinquante années de velléités et de belles intentions entretenues par une poignée de laboratoires dans le monde, y compris en France. Une vie de bohème qui pourrait bien prendre fin grâce à l'émoi suscité par Fukushima... Au premier abord, la simple vision d'un combustible fissile liquide circulant dans les entrailles d'un réacteur peut sembler parfaitement fantaisiste. Pourtant, cette voie a très tôt enthousiasmé, dès 1944, les héros de la fission. Plus édifiant encore : Alvin Weinberg, l'un des découvreurs des actuels réacteurs à eau sous pression, consacra la quasi-totalité de sa carrière à défendre cette idée de particules de combustible dissoutes dans des sels fondus.

"LE RÊVE DE TOUT NEUTRONICIEN"

Pourquoi une telle insistance ? Parce que c'est sans doute la meilleure manière de faire du nucléaire... Avec un tel réacteur, les ingénieurs auraient pu s'épargner nombre de casse-tête en matière de sûreté qui les mobilisent encore par milliers. Ainsi, s'enthousiasme Elsa Merle-Lucotte, du Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC) de Grenoble, "ce dispositif permet d'adapter sans cesse la quantité de combustible présent dans le circuit, alors que le cour de nos réacteurs actuels doit contenir dès le départ une énonne réserve de réactivité... ce qui n'est pas sans risques !" Ajoutez à cela, poursuit la physicienne, que "ce liquide est insensible aux radiations intenses, au contraire de nos barres de combustible qui se fragilisent dangereusement et doivent être souvent remplacées".
Ce ne sont là que deux exemples dans une liste qui comprend de nombreux autres avantages (voir l'infographie). Dès lors, on comprend que ce dispositif autorise toutes les audaces et dissipe en même temps les plus grandes craintes. "Le réacteur à sels fondus au thorium coche toutes les cases de garanties de sûreté", estime Victor Ignatiev, physicien à l'Institut Kurchatov (Moscou). L'histoire du nucléaire en aurait sûrement été changée (tableau)...

Risque Nucléaire avec un Réacteur au Thorium

LE RÉACTEUR N°2 DE THREE MILE ISLAND N'AURAIT PAS FONDU Le 28 mars 1979, à la centrale de Three Mile Island (Pennsylvanie), le combustible du réacteur numéro deux entre en fusion à la suite de la perte du liquide de refroidissement... Ce qui aurait été impossible avec un réacteur à sels fondus. Et pour cause : dans ce type de réacteur, le combustible se présente sous forme liquide - d'une certaine façon, il a déjà fondu. Et le combustible est dissous au sein même de son liquide de refroidissement (les sels fondus) : ce dernier ne peut donc pas faire défaut. Dans le pire des cas, le mélange combustible\sels fondus serait vidangé dans des bassins dont la géométrie facilite son refroidissement et interdit les réactions en chaîne. C'est l'intérêt d'un combustible liquide, qui peut être remodelé en fonction de la situation. Dès lors, personne n'aurait entendu parler de Three Mile Island...

LE RÉACTEUR N°4 DE TCHERNOBYL N'AURAIT PAS EXPLOSÉ Le 26 avril 1986, à la centrale de Tchernobyl (Ukraine), une erreur technique provoque la brutale accélération de la réaction en chaîne dans le réacteur numéro quatre : transformer en cocotte-minute, son coeur vole en éclats et libérant gigantesque nuage radioactif. Un emballement catastrophique qui aurait été impossible avec un réacteur à sels fondus, pour la simple et bonne raison que son combustible liquide ne peut pas s'emballer ! Car dès lors que la réaction en chaîne s'accélère, la température augmente et le fluide se dilate. Ce faisant, la densité des particules de combustible décroît et la fission ralentit d'elle-même. Outre cette stabilité naturelle, la formation d'un nuage de Tchernobyl n'aurait de toute façon guère été envisageable ici : les poisons radioactifs volatiles formaient lors de la fission sont régulièrement évacués du circuit principal au fil de l'écoulement....

LA CENTRALE DE FUKUSHIMA NE SERAIT PAS DEVENUE INCONTRÔLABLE Le 11 mars 2011, à la centrale de Fukushima (Japon), la perte des alimentations électriques entraîne la fusion du combustible des réacteurs numéro un puis deux et trois, dont les enceintes explosent. Avec des réacteurs à sels fondus, la coupure brutale d'électricité n'aurait pas été un problème : maintenu à basse température par des systèmes électriques, un bouchon de sels fondus installés au bas du circuit se mettrait alors à fondre. Et le combustible liquide de s'écouler par gravité dans quatre bassins permettant son refroidissement naturel - facilité par l'élimination fréquente, au sein du liquide, des produits de fission producteurs de chaleur. Qui plus est, les enceintes auraient aussi été épargnées : les circuits évoluent ici à pression ambiante (et non à 155 bars), et il n'y a ni eau ni matériau susceptible de former de l'hydrogène explosif, au contraire des réacteurs actuels...

"Ce concept est le rêve de tout neutronicien", reconnaît bien volontiers Giovanni Bruna, le directeur adjoint à la sûreté des réacteurs de l'IRSN. Un rêve qui s'est déjà concrétisé ! Les chercheurs d'Oak Ridge ont en effet mis au point par le passé deux (petits) prototypes à sels fondus. Le premier a été élaboré à l'occasion d'un projet militaire assez improbable, défendu par l'US Air Force : il s'agissait alors de faire carburer les bombardiers stratégiques à l'énergie nucléaire. Le 3 novembre 1954, un candidat à sels fondus démarre au sol. Cette première expérience ne fonctionne en tout et pour tout que cent heures, mais cela suffit à convaincre les chercheurs. Alors qu'Oak Ridge croule sous les requêtes les plus diverses, le combustible liquide reste dans toutes les têtes. Un rapport remis en 1962 au président Kennedy n'hésite pas à le présenter comme la solution d'avenir par excellence. Trois ans plus tard, en juin 1965, un deuxième prototype plus abouti démarre enfin. Le MSRE ("Molten-Salt Reactor Experiment") va tourner durant 13.000 heures en rencontrant très peu d'incidents, qui plus est mineurs, alors qu'il s'agit encore d'une technologie expérimentale. L'extraction des produits issus de la fission s'avère étonnamment facile. Bref, une réussite exemplaire. En décembre 1969, lorsque le prototype MSRE est arrêté, les petits génies d'Oak Ridge planchent déjà sur la prochaine étape : le dessin d'un véritable réacteur de 1000 mégawatts.
Mais alors que la dynamique du succès paraît assurée, patatras ! La toute puissante Atomic Energy Commission, (AEC) leur coupe soudain tout financement. Et ce, sans fournir le moindre motif technique valable ! Nous sommes en janvier 1973. Sous le choc, les chercheurs se perdent en conjectures. Le réacteur classique refroidi à l'eau, cher à l'AEC, est-il à ce point indéboulonnable ? Ont-ils été victimes de la concurrence féroce des autres laboratoires qui, eux, planchent sur un réacteur refroidi au sodium ? Ou sont-ils en train de payer le prix des relations exécrables qui règnent entre les dirigeants d'Oak Ridge et ceux de l'AEC ?

RENDEZ-VOUS RATÉ AVEC L'HISTOIRE

Il est vrai aussi que les préoccupations quant à la sûreté ou les déchets n'étaient pas encore à l'ordre du jour, et que l'uranium 235, seul isotope fissile disponible dans la nature, se trouvait alors en abondance... Toutefois, près de trente ans plus tard, la pilule a encore du mal à passer. Murray Rosenthal, en charge à l'époque du projet sels fondus à Oak Ridge, nous a confié son amertume : "À mon avis, l'AEC nous aurait laissé continuer notre programme si nous les avions laissés plus tranquilles. Or, nous n'avons jamais cessé de leur demander des budgets plus importants, ni de vanter en toute occasion les avantages manifestes des réacteurs à sels fondus. Par conséquent, nous étions une menace dans leur volonté indéniable de ne privilégier qu'un seul concept." Aussi grotesque que cela paraisse, l'avenir du nucléaire a tenu en partie à des problèmes de susceptibilité...
Pourtant, si le coup est rude, il n'est pas mortel. En effet, cette même année 1973, des chimistes du CEA, auxquels se joignent ensuite des chercheurs d'EDF, décident vaillamment de prolonger les travaux américains. Cette quarantaine de Français ne fait pas mystère que ce dispositif est "le rêve de tout concepteur, de toute autorité de sûreté, de tout exploitant de centrale nucléaire". Tout le monde y trouve son compte... Même si, après dix années d'études aussi poussées que convaincantes, l'idée est discrètement mise au placard ; c'est que les réacteurs classiques accaparent désormais tout le monde. Il faut la ténacité de quelques laboratoires au Japon, en Russie, aux États-Unis, en République tchèque, et surtout en France, pour continuer de faire évoluer le concept... Les physiciens du CNRS, à Grenoble, viennent d'ailleurs tout récemment de tracer le dessin d'un réacteur de ce type (1500 MW), le plus abouti et le plus prometteur - et nettement plus fiable que celui d'Oak Ridge.

RESTE À PEAUFINER LA FORMULE

Un succès d'estime inébranlable partagé, sur le plan de la sûreté, avec le concept des réacteurs à très haute température. À ceci près que le réacteur à sels fondus offre beaucoup d'autres avantages... En terme de non-prolifération : le thorium se transforme dans le réacteur en uranium 233, lequel rend la fabrication d'une bombe atomique très périlleuse. En matière d'économie de ressources : le thorium est quatre fois plus abondant sur Terre que l'uranium, et cette architecture de réacteur assure un haut rendement. Et aussi, en ce qui concerne les déchets radioactifs à vie longue : selon Daniel Heuer, du LPSC de Grenoble, "en raison de la place occupée par le thorium dans le tableau périodique des éléments, il est beaucoup moins susceptible de former par capture neutronique les fameux 'éléments transuraniens' dangereux pour des dizaines de milliers d'années". Mieux encore : "Dans la mesure où ce réacteur est 'régénérateur', il recycle de toute façon sans cesse son combustible". Laissant entrevoir la possibilité supplémentaire de brûler le plutonium militaire et autres déchets des réacteurs actuels.
Au final, les ingénieurs tiennent là un réacteur crédible et "acceptable". Tandis que son coût de construction ne soulève pas d'inquiétudes. Bien sûr, il reste encore beaucoup à faire. Comme, par exemple, trouver des matériaux capables de résister sur le long terme aux effets combinés des radiations, d'une éventuelle corrosion liée aux impuretés du liquide et de la très haute température présente dans ce cour (800°C contre 320°C dans un réacteur actuel). D'aucuns ressentent aussi une certaine appréhension à l'idée de voir toute cette matière fissile "se balader" littéralement dans l'ensemble des circuits, échangeurs de chaleur et autres pompes. "Nous étudions en ce moment l'éventualité d'une large brèche dans l'un de ces tuyaux", précise Elsa Merle-Lucotte. Quoi qu'il en soit, fait remarquer Daniel Ingersoll, actuel responsable des programmes d'Oak Ridge, "ce concept présente suffisamment de mérites pour que l'on cherche à en sayoir plus". Et "même si des recherches substantielles restent à mener, admet Victor Ignatiev, il n'y a rien dans ce réacteur qui ne puisse être résolu". Pour peu que l'on s'en donne les moyens !
Alors, pourquoi ? Pourquoi diable cette petite merveille parée de tant d'atouts n'est-elle pas encore devenue réalité industrielle ? Pourquoi faut-il un traumatisme à l'échelle de la catastrophe de Fukushima pour oser espérer les premiers réacteurs à sels fondus au thorium ? Un acteur majeur pourrait-il se lancer dans cet autre nucléaire ? Une chose est sûre : depuis Fukushima, toutes ces questions se posent avec acuité.