Réacteurs à sels fondus: exploration d’une possibilité

Certains commerçants apostrophent directement les voleurs éventuels à l’aide d’une pancarte: Le cambriolage ne rapporte pas, la caisse est vidée tous les soirs. Et même si le panneau devait échouer dans son effet dissuasif, la perte pour le commerçant reste supportable. Cette réflexion peut être transposée à d’autres domaines, de la caisse-enregistreuse aux modèles envisageables de centrales nucléaires de prochaine génération.

Dans ce domaine, l’idée des chercheurs est de limiter le danger autant que possible, même en cas d’accident, en retirant tous les jours les substances radioactives du réacteur, voire toutes les heures, explique Jiri Krepel pour concrétiser cette vision. Jiri Krepel est l’un des huit chercheurs du groupe Réacteurs rapides à l’Institut Paul Scherrer PSI. Ses collègues et lui examinent aussi bien les potentiels que les problèmes de ce qui pourrait être les réacteurs nucléaires du futur.

Recherche sur les réacteurs au PSI: hier et aujourd’hui

Le PSI est né en 1988 de la fusion de l’Institut suisse de recherches nucléaires et de l’Institut fédéral de recherche en matière de réacteurs. La recherche nucléaire est donc l’une des deux racines de l’institut actuel. Cependant, le PSI a continué de se développer et s’est beaucoup élargi. Aujourd’hui, c’est un institut de sciences naturelles et de sciences de l’ingénieur, avec de la recherche dans les domaines de la matière et des matériaux, de la santé humaine, ainsi que de l’énergie et de l’environnement. Dans le cadre de ce dernier grand domaine, la recherche sur les réacteurs garde sa place au sein d’un bouquet thématique très diversifié.

La recherche sur les réacteurs au PSI est importante pour plusieurs raisons, explique Andreas Pautz, responsable de la division de recherche Energie nucléaire et sûreté au PSI. Elle nous permet d’apporter une contribution importante à la sécurité des centrales nucléaires suisses actuelles, aux questions de radioprotection et à la recherche sur le stockage des déchets radioactifs. Grâce à cette recherche tournée vers le futur, nous restons dans la course en ce qui concerne les nouveaux développements dans le domaine de l’énergie nucléaire. Une telle expertise est indispensable si l’on veut que la Suisse reste convenablement représentée ces prochaines années dans les organes consultatifs, au même niveau que les autres partenaires.

Ce point reste aussi, voire particulièrement valable à une époque où la population jette un regard critique sur l’énergie nucléaire. La Suisse et d’autres Etats ont réagi à ces préoccupations: à long terme, l’énergie nucléaire devrait céder la place à d’autres formes d’énergie. Cependant, d’autres pays – dont de nombreux Etats européens – restent attachés à l’énergie nucléaire pour la production de courant; de nouvelles centrales nucléaires sont actuellement en construction en Amérique du Nord et en Asie. Par ailleurs, il existe des essais de recherche internationaux à grande échelle dont le but est de réussir à utiliser la fusion nucléaire pour produire de l’énergie. Et enfin, la fermeture et le démantèlement de certaines centrales nucléaires actuellement en service sont imminents. Tous ces domaines nécessitent des expertes et des experts. Sur ce plan, la Suisse doit pouvoir se prononcer et apporter une contribution active.

C’est pourquoi la Suisse est aussi membre du Generation IV International Forum (Forum international génération IV) (GIF), une coopération internationale pour la recherche et le développement de futures centrales nucléaires dites de quatrième génération. Les centrales nucléaires de quatrième génération se caractérisent par le fait qu’elles doivent satisfaire à d’importantes exigences en matière de sûreté, de développement durable et de rentabilité. Depuis 2002, la Suisse est membre du GIF où elle est représentée par le PSI.

Des sels fondus qui fascinent

L’un des concepts possibles pour les centrales nucléaires de génération IV est ce qu’on appelle les réacteurs à sels fondus (RSF ou Molten Salt Reactors MSR). Ces réacteurs sont le domaine de spécialité de Jiri Krepel. Ce chercheur participe aux coopérations internationales d’étude des RSF avec des modélisations théoriques. Les RSF présenteraient trois avantages, explique Jiri Krepel. Le premier est une plus grande sûreté. Entre autres grâce à la possibilité de limiter au minimum le risque pour l’environnement en vidangeant continuellement les substances radioactives volatiles et en les acheminant dans un réservoir. Par ailleurs, la conception des MSR est intrinsèquement sûre: En cas d’accident, les sels fondus s’évacuent simplement grâce à la gravité dans un réservoir réfrigéré situé sous la centrale nucléaire, explique Jiri Krepel. Ainsi, d’un côté, le réacteur est stoppé et, de l’autre, le combustible reste réfrigéré dans un conteneur sécurisé. La vidange peut même être déclenchée par une valve passive au niveau de laquelle se trouve un bouchon de sel solide qui fond. Le développement des détails du système de refroidissement nécessaire est du ressort des ingénieurs, mais quoiqu’il en soit, il peut être conçu de manière à pouvoir fonctionner sans devoir être actionné par un équipement annexe. Une option est d’utiliser le refroidissement à air, car l’air circule naturellement et évacue ainsi la chaleur.

Deuxièmement, les RSF peuvent fonctionner avec différents combustibles. Pas seulement avec de l’uranium enrichi, utilisé aujourd’hui, mais aussi avec de l’uranium naturel et du thorium, un élément trois fois plus abondant dans la croûte terrestre. Nous aurions ainsi des réserves de combustible pour plusieurs milliers d’années, relève Jiri Krepel.

Troisième avantage: les RSF peuvent être utilisés comme une espèce d’installation de recyclage pour combustible radioactif. Les RSF permettraient d’utiliser jusqu’à 95 % du combustible qui est irradié dans les réacteurs actuels, affirme Jiri Krepel. D’un côté, cela améliorerait l’efficience, c’est-à-dire la quantité d’énergie susceptible d’être obtenue à partir de la même quantité de matière première. De l’autre, grâce au recyclage, les déchets radioactifs restants ne présenteraient qu’une demi-vie relativement courte, ce qui simplifierait le stockage des déchets.

Des experts pour l’avenir

Mais Jiri Krepel et ses collègues sont conscients, eux aussi, que les RSF, même s’ils devaient être construits un jour, restent encore de la musique d’avenir: Avant qu’un RSF commercial puisse être mis en service quelque part dans le monde, les chercheurs et les ingénieurs qui travaillent dans ce domaine au niveau international auront encore 20 à 30 ans de recherche et développement devant eux, estime Andreas Pautz. Mais les RSF sont un sujet si passionnant que nous pouvons y recourir pour enthousiasmer et attirer la relève des chercheurs au PSI. Et la Suisse a besoin de cette relève, afin d’avoir aujourd’hui et demain ses propres experts et spécialistes dans le domaine de l’énergie nucléaire pour résoudre des problèmes de manière internationale.