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Réacteurs à sels fondus



Des réacteurs prometteurs mais encore lointains

Les réacteurs à sels fondus (Molten Salt Reactors) sont de conception très différente des autres réacteurs. La matière fissile y est « diluée » dans un milieu liquide : un sel fondu. Ce sel est un fluorure de Lithium dans la majorité des projets tel que le projet européen MSFR ou encore un chlorure comme dans le projet allemand DFR. Combustible et sels fondus circulent dans le cœur et dans le système de refroidissement. La circulation des sels dans l'ensemble « brasse » en permanence les combustibles et les matières radioactives présentes en leur sein.

1968 - Molten Salt Reactor Experiment
Ce réacteur expérimental de faible puissance permit de 1964 à 1969 de premières études sur les réacteurs à sels fondus au grand laboratoire américain d'OakRidge. En 1968, un dernière expérience fut même effectuée avec un combustible contenant de l'uranium-233 comme matière fissile. La photographie, montre le prix Nobel Glenn Seaborg, président de l'Atomic Energy Commission, aux commandes pour le démarrage de l'expérience.
MSRE - Oakridge
Le concept a été étudié avec des résultats probants au grand laboratoire américain d'OakRidge pendant les années 1960. Sous l'impulsion de Alvin Weinberg, un pionnier de la science des réacteurs, le premier réacteur ayant utilisé du thorium et de l'uranium-233 y fut construit. Le Molten-Salt Reactor Experiment fonctionna de 1964 à 1969. Il fut ensuite délaissé faute de financement.

Le MSR peut tourner en continu, sans pause de « rechargement de combustible ». Liquide, le combustible peut en effet être extrait et recyclé en continu, un peu comme on filtre en permanence l’eau d’une piscine. On peut ainsi en retirer quotidiennement les produits de fission pour les stocker à l’écart du réacteur. Quant aux actinides, plutonium et actinides mineurs, ils restent dans le cœur jusqu’à ce qu’ils fissionnent à leur tour et soient donc totalement « brûlés ».

Ces réacteurs pourraient fonctionner à la pression atmosphérique contrairement aux réacteurs actuels à eau pressurisée ou à eau bouillante. Ils ne nécessiteraient pas alors d'enceintes pour contenir ces hautes pressions. Ils pourraient être plus simples à construire, donc moins chers.




Vidéo sur quelques principes et avantages des réacteurs à sels fondus (Conférence par M.John Laurie)



Les dispersions de radioactivité en cas d'accident grave seraient beaucoup moins importantes du fait que le traitement en continu débarrasserait le combustible liquide de l'accumulation de produits radioactifs. Une grande partie de la radioactivité est en effet ainsi retirée de la cuve du réacteur. En particulier, les quantités relâchées dans l'environnement d'isotopes radioactifs comme ceux de l'iode et du césium seraient très réduites.

Les réacteurs à sels fondus sont souvent associés à un combustible au thorium et à l'uranium-233. Avec un tel combustible, les MSR sont surgénérateurs pour tout le spectre des neutrons, neutrons lents et neutrons rapides. Ces réacteurs pour être démarrés nécessitent l'ajout d'une charge de plutonium-239 fissile.

Chargés d'un tel combustible au thorium et à l'uranium-233, ces réacteurs pourraient incinérer des déchets à longue durée de vie comme les actinides mineurs qui seraient introduits dans les sels liquides. Les noyaux des actinides sont fragiles car trop gros. Une façon de les détruire est de les faire encore grossir en capturant des neutrons jusqu’à ce qu’ils éclatent par fission. Les réacteurs actuels ne se prêtent pas aux captures multiples, leurs combustibles devant être rechargés tous les 3-4 ans. Pour brûler efficacement ces actinides (et le plutonium), il faut des séjours plus longs en réacteur. Avec un réacteur à sels fondus, les actinides mineurs resteraient assez longtemps pour être brûlés au sein de cette sorte de soupe que constitue un combustible liquide.

Depuis les années 2000, les réacteurs à sels fondus sont à nouveau considérés dans le cadre du Forum International Génération IV comme une des options pour les réacteurs du futur. Des recherches sont menées en France par le CNRS à Grenoble.La Chine, les Etats-Unis principalement financent un programme de recherche pour développer cette technique à l'échelle industrielle, la Chine déclarant vouloir construire un MSFR (Molten Salt Fast Reactor) d’ici 2030.

Séduisants au niveau de la conception en raison de ces multiples avantages, dont celui de pouvoir utiliser le thorium comme combustible, ces réacteurs demeurent encore au niveau des principes. De nombreux problèmes techniques restent à résoudre au niveau des matériaux, de la maintenance, d’une chimie complexe et évolutive. Beaucoup d'études et de tests s'avèreront nécessaires avant de pouvoir réaliser un démonstrateur. Par exemple, il faut trouver un alliage capable de résister des années durant à la corrosion de sels fondus à une température de 600-700°C. Aucune construction d’un réacteur prototype n’est actuellement lancée. Elle demanderait par ailleurs un processus de certification qui ne serait pas simple, vu l’originalité du concept, et que personne n’a encore engagé.

La chaîne ARTE à l'occasion d'un intéressant reportage de (Septembre 2016) sur les réacteurs au thorium (Thorium, la face gâchée du nucléaire) a mis en ligne plusieurs documents.

DOCUMENTS ARTE :
- Qu'est-ce qu'un réacteur à sels fondus ?
- Comment fonctionne un réacteur à sels fondus (MSR) ?
- Thorium vs. Uranium : quelle différence entre les deux ?
- MSR et sécurité : quelles réactions en cas d'accident ?
- La folle histoire du Thorium

Site "fission liquide"