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La surgénération



Un moteur qui fabriquerait plus d'essence qu'il en use

L'énergie nucléaire possède une propriété qui n'est pas ordinaire ! Chacun sait qu'un moteur d'automobile ne produit pas son essence. Un réacteur fabrique lui une partie de son combustible. Des réacteurs ont été même conçus pour régénérer davantage de combustible qu'ils n'en consomment : on les appelle surgénérateurs.

La surgénération avec le plutonium-239
Le bilan de régénération du combustible doit être positif pour la surgénération. Ce bilan varie rapidement avec l'énergie du neutron qui provoque la fission. Dans le cas du plutonium-239, il faut des neutrons d'énergie supérieure à 10 keV ou des neutrons très lents pour que la condition soit remplie. C'est la raison pour laquelle les réacteurs surgénérateurs au plutonium fonctionnent avec des neutrons rapides.
IN2P3 (Source A.Nuttin/LPSC Grenoble)

Le combustible est régénéré par des réactions nucléaires qui transforment des noyaux non-fissiles en noyaux fissiles. Ces noyaux sont dits fertiles. Il s'agit de l'uranium-238 et du thorium-232 qui constituent la quasi totalité de l'uranium et du thorium naturel.

Un premier mode de régénération est à l'œuvre dans tous les réacteurs actuels fonctionnant à l'uranium : c'est la transformation d'uranium-238 non fissile en plutonium-239, fissile.

Le second mode est la transformation similaire de thorium-232 en uranium-233 (également fissile). Cette possibilité n'a pas été utilisée jusqu'ici. Mais il existe un projet de réacteur de quatrième génération qui utiliserait le thorium et l'uranium-233 au lieu de l'uranium et le plutonium-239.

La surgénération avec l'uranium-233
Avec l'uranium-233 la condition de surgénération est remplie quelque soit l'énergie des neutrons, alors qu'avec le plutonium elle l'est surtout avec des neutrons rapides. Des réacteurs surgénérateurs utilisant l'uranium-233 fissile pourraient fonctionner avec des neutrons rapides ou lents, ces derniers étant plus efficaces pour la fission (la probabilité de fission décrot avec l'énergie des neutrons).
IN2P3 (Source A.Nuttin/LPSC Grenoble)

Les réacteurs qui exploitent cette régénération sont très séduisants du point de vue énergétique, car ils tirent profit de l'uranium-238, 140 fois plus abondant que l'uranium-235. Les experts estiment que l'on pourrait ainsi multiplier d'un facteur 100 les réserves d'énergie venant du nucléaire.

L'humanité a longtemps rêvé du moteur à eau et les « surgénérateurs » lui offrent un combustible quasi-inépuisable ! Un réacteur industriel de ce type a fonctionné en France. Au moment où le combustible enrichi en uranium-235 était une ressource rare, on fondait beaucoup d'espoirs sur ce type de réacteurs. Mais, en raison des réactions de l'opinion publique, de problèmes technologiques et de raisons politiques et économiques (un pétrole bon marché, des ressources en uranium abondantes, des combustibles enrichis), le développement de cette filière est actuellement arrêté. Il pourrait reprendre.

La surgénération est techniquement difficile. Elle requiert des neutrons rapides avec le plutonium et un liquide de refroidissement au plomb ou au sodium fondu, nécessaire pour optimiser la capture des neutrons dans l'uranium fertile (*).