Une première mondiale

La Chine a mis en service dans le désert de Gobi le premier réacteur nucléaire au thorium opérationnel au monde, marquant une avancée majeure dans le nucléaire de nouvelle génération. Ce projet positionne la Chine comme un leader potentiel de l’énergie nucléaire propre, avec des implications importantes pour l’avenir énergétique mondial.

Caractéristiques techniques innovantes

Architecture du réacteur

Puissance actuelle : 2 mégawatts thermiques

Technologie à sels fondus : le sel joue un double rôle de vecteur de combustible et de fluide caloporteur

Fonctionnement à pression atmosphérique (élimine les besoins en eau pressurisée)

Localisation en plein désert (pas besoin d’être en bord de mer)

Innovation révolutionnaire En avril 2024, les scientifiques chinois ont réalisé une première mondiale : le réapprovisionnement du réacteur en combustible pendant son fonctionnement, sans interruption de la production. Dans les réacteurs conventionnels, cette opération nécessite un arrêt complet entraînant des pertes importantes.

Les avantages du thorium

Supériorité environnementale

Beaucoup plus abondant que l’uranium dans la croûte terrestre

Produit très peu de déchets radioactifs à longue durée de vie

Sous-produits moins propices à la fabrication d’armes nucléaires

Efficacité opérationnelle

Températures de fonctionnement très élevées = meilleure efficacité énergétique

Sécurité passive renforcée : limite naturellement les risques de surchauffe

Pas de contrainte géographique (construction possible en zone désertique)

Réserves colossales La Chine possède d’énormes réserves de thorium, notamment dans le complexe minier de Bayan Obo en Mongolie intérieure, avec un potentiel suffisant pour alimenter le pays pendant plus de 60 000 ans selon les experts.

Chronologie du projet

2018 : Début de la construction avec quelques dizaines de chercheurs

Octobre 2023 : Atteinte de la criticité

Juin 2024 : Fonctionnement à pleine puissance

Octobre 2024 : Premier rechargement sans interruption

2025 : Équipe de plus de 400 personnes

Origines : une technologie américaine oubliée

Cette technologie repose sur des recherches américaines déclassifiées des années 1960. Les États-Unis avaient développé et testé ces réacteurs à sels fondus au laboratoire d’Oak Ridge, avant d’abandonner le programme au profit de l’uranium. L’équipe chinoise a systématiquement étudié ces archives pour reconstruire les expériences, puis les a dépassées.

Ambitions futures

Court terme (2030) Construction d’un réacteur beaucoup plus puissant de 10 mégawatts électriques.

Applications maritimes Les chantiers navals chinois développent des porte-conteneurs alimentés au thorium pour un transport maritime sans émissions.

Pourquoi les États-Unis ont privilégié l’uranium au détriment du thorium ?

Une décision stratégique, non technique

Les raisons de l’abandon du thorium par les États-Unis sont principalement stratégiques et militaires plutôt que techniques. Bien que le thorium présentait des avantages en termes de sûreté et d’impact environnemental, ces atouts n’ont pas pesé face aux impératifs de la Guerre froide.

Le plutonium : la clé de l’abandon

L’enjeu militaire décisif

Le projet américain de réacteur au thorium a été définitivement abandonné en 1973 pour une raison simple : il ne permettait pas de fabriquer du plutonium de qualité militaire. À l’inverse, les spécialistes ont retenu l’uranium comme combustible principal car il permettait une double utilisation :

Production d’électricité pour le secteur civil

Fabrication de plutonium pour les armes nucléaires

Cette mutualisation des coûts entre programmes civil et militaire s’avérait économiquement et stratégiquement avantageuse dans le contexte de la course aux armements.

Chronologie d’une occasion manquée

1965-1969 : La preuve de concept

Un réacteur expérimental à sels fondus (MSRE) fonctionne de manière satisfaisante aux États-Unis et démontre la faisabilité technique du cycle thorium. La technologie est validée scientifiquement.

1973-1976 : L’abandon progressif

Le programme industriel qui devait succéder aux expérimentations est définitivement interrompu, faute de :

Crédits suffisants

Intérêt de l’Atomic Energy Commission américaine

Soutien des milieux militaires

Le sacrifice d’Alvin Weinberg

Alvin Weinberg, directeur du laboratoire national d’Oak Ridge, a payé le prix de son engagement. Pionnier convaincu des réacteurs à sels fondus, il militait en faveur d’un usage civil plus sûr. Son insistance lui a coûté son poste : il a été limogé par l’administration Nixon pour avoir défendu une technologie jugée peu intéressante stratégiquement.

Les quatre piliers du choix américain

1. Usage militaire prioritaire Production de plutonium indispensable pour les bombes atomiques

2. Mutualisation économique Une seule filière technique et industrielle pour les usages civil et militaire

3. Impératif de Guerre froide Priorité absolue donnée à l’armement nucléaire dans la compétition avec l’URSS

4. Désintérêt stratégique Le thorium n’offrait aucun avantage pour la défense nationale

Conclusion : une opportunité historique manquée

Il s’agit donc d’une décision politique et stratégique, et non d’une question de performance technique. Ironiquement, le thorium était considéré comme plus sûr et plus propre que l’uranium, mais ces avantages n’ont pas pesé face aux priorités de la course aux armements nucléaires des années 1960-1970.

Aujourd’hui, la Chine récolte les fruits de cette technologie américaine abandonnée, démontrant que les choix énergétiques d’hier façonnent les équilibres géopolitiques de demain.

Les sels fondus dans les réacteurs au thorium : entre défis techniques et sécurité renforcée

Les réacteurs à sels fondus présentent des défis techniques réels, notamment en matière de corrosion, mais offrent en contrepartie des avantages considérables en termes de sécurité. Leurs mécanismes de protection reposent sur les lois de la physique plutôt que sur des systèmes actifs, ce qui constitue une révolution dans la conception nucléaire.

Le défi principal : la corrosion

Nature du problème

Contrairement à une idée reçue, ce ne sont pas les sels fondus à haute température qui sont corrosifs en eux-mêmes. Le véritable problème provient de certains produits de fission, comme le tellure et le sélénium, qui se déposent sur les parois métalliques du circuit primaire et fragilisent les joints de grains. Cette corrosion peut dégrader rapidement les équipements et les tuyauteries.

La solution technique : alliages avancés

Pour faire face à ces contraintes extrêmes de chaleur et de corrosion, les cuves sont fabriquées en Hastelloy N, un alliage exotique à base de nickel. Cependant, le défi reste entier : développer des alliages capables de résister à la corrosion pendant les décennies d’exploitation prévues pour ces réacteurs. C’est l’un des principaux obstacles techniques à surmonter avant un déploiement industriel à grande échelle.

Validation par l’expérience

Le réacteur expérimental américain MSRE (1965-1969) a fourni une preuve de concept encourageante : il a fonctionné pendant quatre ans avec un facteur de charge de 85%, chiffre exceptionnel pour un prototype nucléaire, et a notamment permis de valider la résistance à la corrosion sur la durée.

Une sécurité intrinsèque révolutionnaire

Triple ligne de défense passive

1. Auto-régulation thermique

Lorsque le réacteur surchauffe, le sel liquide se dilate naturellement, augmentant le nombre de neutrons qui s’échappent du cœur. Ces neutrons ne sont donc plus disponibles pour provoquer la fission nucléaire, ce qui réduit automatiquement le taux de réaction et la température. Un thermostat physique intégré, en quelque sorte.

2. Système de vidange d’urgence

Certains réacteurs intègrent un réservoir de vidange situé sous la cuve, fermé par un bouchon de sel solide. En cas de surchauffe, ce bouchon fond et le sel combustible s’écoule par gravité dans le réservoir de vidange, arrêtant complètement la réaction. Aucune intervention humaine, aucune source d’énergie externe requise.

3. Solidification en cas de fuite

Contrairement à l’eau radioactive qui peut se disperser largement en cas de fuite, les sels fondus se solidifient rapidement dès qu’ils sortent du circuit de refroidissement, limitant naturellement leur propagation.

Fonctionnement à pression atmosphérique

Élimination du risque d’explosion

Les réacteurs conventionnels à eau pressurisée fonctionnent à des pressions de 70 à 150 bars, nécessitant des cuves massives et présentant un risque d’explosion de vapeur. Les réacteurs à sels fondus fonctionnent à la pression atmosphérique, ce qui :

Supprime totalement les risques d’explosions de vapeur

Permet des cuves plus simples et moins coûteuses

Limite les risques de surchauffe

Élimine les risques d’emballement du cœur

Impossibilité d’un accident type Tchernobyl

Les accidents d’emballement avec explosion de vapeur, comme celui de Tchernobyl, sont physiquement impossibles dans un réacteur à sels fondus. L’utilisation d’un combustible liquide plutôt que de barres solides évite tout risque de fusion du cœur au sens classique du terme.

Le principe fondamental

La sécurité de ces réacteurs repose sur les lois de la physique (gravité, dilatation thermique, conduction) et non sur des équipements actifs susceptibles de tomber en panne ou d’être détruits lors d’un accident. C’est un changement de paradigme majeur : on passe d’une sécurité active (nécessitant énergie, systèmes de contrôle et intervention humaine) à une sécurité passive (fonctionnant naturellement).

Conclusion

Les réacteurs à sels fondus incarnent un paradoxe apparent : ils présentent un défi technique majeur (la corrosion) mais offrent un niveau de sécurité intrinsèque inégalé dans le nucléaire. En cas de fuite, le sel se solidifie rapidement. En cas de surchauffe, le réacteur se régule ou se vidange automatiquement. En cas de perte d’alimentation électrique, aucune intervention n’est nécessaire.

C’est précisément cette caractéristique qui rend ces réacteurs potentiellement plus sûrs que les réacteurs conventionnels, malgré le défi de la corrosion qui reste à maîtriser sur le long terme pour un déploiement industriel.

Les sels fondus : aucun risque d’explosion au contact de l’air

Une confusion fréquente à dissiper

Il existe une confusion courante entre les réacteurs à sels fondus au thorium et les réacteurs au sodium liquide (comme Superphénix). Ces deux technologies utilisent des fluides à haute température, mais leurs comportements chimiques sont radicalement différents.

Stabilité chimique exceptionnelle des fluorures

Les sels fluorés utilisés dans les réacteurs au thorium (principalement des mélanges de fluorure de lithium LiF et de fluorure de béryllium BeF2) présentent une stabilité chimique remarquable :

Propriétés des fluorures

Le fluorure de béryllium est particulièrement stable chimiquement

Le fluorure de lithium est exceptionnellement stable chimiquement

Ces composés sont stables et peu réactifs dans des conditions normales

Cette stabilité contraste fortement avec d’autres métaux liquides utilisés dans le nucléaire.

Pas de réaction violente avec l’air ou l’eau

Contrairement au sodium liquide qui s’enflamme violemment au contact de l’air ou de l’eau, les sels fluorés ne présentent pas ce risque. Le lithium lui-même est le seul métal alcalin qui peut être manipulé à l’air sans danger, alors que les autres s’oxydent avec inflammation. Sous forme de fluorures (sels), ces composés sont encore plus stables que le métal pur.

Mécanisme de sécurité en cas de fuite : la solidification

Le principal mécanisme de protection en cas de fuite est la solidification rapide :

Les sels fondent entre 360°C et 900°C selon le mélange

Une fois hors du circuit de refroidissement, ils refroidissent naturellement

Ils se solidifient rapidement, formant une masse solide

Cette solidification limite drastiquement la dispersion du matériau radioactif

Les produits de la réaction nucléaire les plus nocifs restent ainsi enfermés dans les sels liquides chimiquement stables, puis dans la masse solidifiée.

Comparaison : sodium liquide vs fluorures fondus

	Sodium liquide (Superphénix)	Fluorures fondus (Thorium)
Contact avec l’eau	Réaction violente → explosion	Aucune réaction violente
Contact avec l’air	Inflammation spontanée	Stabilité chimique
En cas de fuite	Risque d’incendie majeur	Solidification rapide
Précautions	Extrêmes	Standards élevés mais gérables

Réactivité limitée aux acides concentrés

Les fluorures présentent une réactivité chimique dans un seul cas spécifique : au contact des acides concentrés, ils s’hydrolysent avec formation de fluorure d’hydrogène (HF) toxique et corrosif.

Mais dans un réacteur nucléaire, il n’y a pas d’acide concentré présent dans le circuit. Cette réactivité n’est donc pas pertinente pour le fonctionnement normal ou les scénarios d’accident.

Le véritable risque : toxicité et radioactivité, pas explosion

Les dangers réels des fluorures sont d’une autre nature :

Toxicité chimique

Tous les composés du béryllium sont hautement toxiques

Le fluorure d’hydrogène (si formation) est corrosif et toxique

Nécessite un confinement hermétique rigoureux

Radioactivité

Les sels contiennent des matières fissiles et des produits de fission radioactifs

Risque d’exposition en cas de fuite ou de dispersion

Protection nécessaire contre les rayonnements

C’est pourquoi la conception des réacteurs vise à confiner hermétiquement ces matériaux. Le risque est radiologique et toxicologique, non explosif.

Conclusion

Non, il n’y a pas de risque d’explosion lorsque les sels fondus fluorés entrent en contact avec l’air ou l’eau. Leur grande stabilité chimique constitue justement l’un des avantages majeurs de cette technologie par rapport aux réacteurs au sodium liquide.

En cas de fuite :

Les fluorures se solidifient rapidement en refroidissant

Cette solidification limite naturellement la dispersion

Le confinement hermétique protège contre la toxicité et la radioactivité

Le risque principal demeure la gestion de la toxicité du béryllium et de la radioactivité des matières contenues dans les sels, mais certainement pas une réactivité chimique explosive comme celle du sodium.