SMR, MSR et thorium : comprendre le nucléaire de nouvelle génération

Énergie nucléaire
Écrit par Guest User

Introduction

Dans un contexte de transition énergétique mondiale, la production d’électricité bas carbone, fiable et pilotable s’impose comme un enjeu central. Le nucléaire, en tant que source d’énergie à faibles émissions, joue un rôle clé dans cet équilibre

Les petits réacteurs modulaires (PRM en français, SMR en anglais), dont les réacteurs à sels fondus (MSR) compatibles avec le thorium, représentent une nouvelle génération nucléaire conçue pour être plus flexible, plus sûre et adaptée aux besoins des réseaux de petite taille ou des sites isolés. Leur petite taille les rend plus faciles à financer, et leur fabrication modulaire promet des délais de déploiement plus courts [1]. Parallèlement, l'intérêt pour les MSR au thorium grandit dans plusieurs pays, notamment en Chine, car ils reposent sur un cycle de combustible distinct de l'uranium classique.

Le thorium : un combustible nucléaire émergent

Le thorium (Th-232) est un élément naturel présent dans la croûte terrestre, avec une concentration moyenne d’environ 6 parties par million (ppm). Il est généralement dispersé dans une grande variété de roches, notamment les roches magmatiques, mais peut aussi se concentrer dans certains minéraux spécifiques. Cette abondance relative le rend environ trois fois plus présent dans la nature que l’uranium [4].

Une distinction fondamentale distingue le thorium de l'uranium : il est dit « fertile » plutôt que « fissile ». Autrement dit, le thorium ne peut pas directement déclencher une réaction nucléaire en chaîne par lui-même. Il doit d'abord absorber un neutron pour se transformer en uranium-233 (U-233), un isotope fissile capable d’alimenter un réacteur nucléaire [4]. Ce mécanisme de conversion est au cœur de l'intérêt que lui portent les concepteurs de réacteurs de nouvelle génération.

Sur le plan géologique, le thorium est principalement extrait de la monazite, un minéral phosphaté associé aux terres rares, dans lequel il est présent en proportions variables (entre 6 à 7 % en moyenne) [4]. À l'échelle mondiale, les ressources estimées en thorium atteignent 6 355 000 tonnes [4], une abondance qui contribue à l’intérêt stratégique croissant pour cette ressource dans le contexte de la transition énergétique.

Pour aller plus loin :

Les SMR : définition, technologies et état de développement

Les petits réacteurs modulaires (PRM en français, SMR en anglais) représentent une évolution significative dans la conception des centrales nucléaires. Contrairement aux réacteurs classiques de grande taille, ils sont pensés pour être fabriqués en usine, transportés sur site et déployés selon les besoins.

Qu'est-ce qu'un SMR ?

Un SMR est un réacteur nucléaire avancé dont la capacité peut atteindre jusqu'à 300 MWe par unité, soit environ un tiers de la capacité de génération des réacteurs nucléaires classiques [3]. Cette réduction d'échelle n'est pas simplement une question de taille : elle transforme fondamentalement la logistique de construction et de déploiement. Ces réacteurs sont conçus pour être assemblés en usine, puis livrés aux exploitants selon les besoins, et peuvent être installés sur des sites où de grandes centrales ne seraient pas envisageables.

Selon l'AIEA, les SMR se déclinent en plusieurs lignes technologiques distinctes : réacteurs refroidis à l'eau, réacteurs à haute température refroidis au gaz, réacteurs à neutrons rapides refroidis aux métaux liquides, et réacteurs à sels fondus (MSR), auxquels s'ajoutent les catégories des centrales flottantes et des microréacteurs [1]. Cette diversité reflète la richesse des approches techniques en développement à l'échelle mondiale.

Pourquoi les SMR suscitent-ils un intérêt croissant ?

Plusieurs facteurs expliquent l'engouement grandissant pour cette technologie. Selon l'AIEA, les SMR répondent simultanément à plusieurs besoins : une génération d'électricité plus flexible, un remplacement des unités fossiles vieillissantes, une amélioration de la performance en matière de sécurité, et une meilleure accessibilité économique [2]. Leur conception modulaire promet des délais de construction plus courts et des avantages d'économies de série [1].

Au-delà de la production électrique, les SMR se distinguent également par leur polyvalence applicative. Leur format est particulièrement bien adapté aux utilisations non-électriques : fourniture de chaleur pour les procédés industriels, production d'hydrogène, ou encore désalinisation de l'eau de mer. La cogénération améliore significativement les rendements thermiques et le retour sur investissement [6]. C'est une caractéristique qui les distingue nettement des grandes centrales conventionnelles, dont la vocation demeure presque exclusivement la production d'électricité.

Tableau 1 — SMR vs réacteur nucléaire conventionnel

Caractéristique Réacteur conventionnel SMR
Capacité typique ~1 000 MWe Jusqu'à 300 MWe
Mode de fabrication Construction sur site Modulaire, en usine
Adaptabilité réseau Grands réseaux Petits réseaux, sites isolés
Applications Électricité Électricité + chaleur + hydrogène + désalinisation

Les SMR pour les régions éloignées et les sites industriels isolés

L'AIEA souligne que les SMR sont idéaux pour les marchés de niche où les grands réacteurs ne sont pas viables, notamment dans les zones où les réseaux électriques sont de petite taille ou dans des secteurs géographiquement isolés [2]. Cette caractéristique est particulièrement pertinente dans des contextes nordiques ou miniers, où l'accès à une infrastructure énergétique fiable constitue souvent un enjeu central.

Les SMR marins illustrent bien ce potentiel : ils peuvent être construits en usine, assemblés en chantier naval, puis livrés à des sites éloignés ou exportés vers d'autres pays [7]. Ils ont le potentiel de jouer un rôle important dans la cogénération d'électricité et de chaleur pour des communautés éloignées et hors réseau, là où les grandes centrales terrestres ne sont tout simplement pas envisageables [7]. Cette flexibilité de déploiement ouvre la voie à des applications dans des secteurs comme l'exploitation minière nordique, où les besoins en énergie propre et stable se combinent à l'absence de connexion aux grands réseaux.

Les réacteurs à sels fondus (MSR) : la technologie qui ouvre la voie au thorium

Parmi les différentes lignes technologiques de SMR, les réacteurs à sels fondus (MSR) occupent une place particulière : ils sont la technologie la plus naturellement compatible avec le thorium comme combustible et font l'objet d'un regain d'intérêt mondial depuis la décennie 2010.

Qu'est-ce qu'un réacteur à sels fondus ?

Un réacteur à sels fondus (MSR) est un type de réacteur nucléaire dans lequel le combustible est dissous dans un sel fluoré liquide, plutôt que d'être encapsulé dans un solide. Ce sel fondu joue un double rôle : il sert à la fois de fluide caloporteur (il transfère la chaleur vers l'échangeur) et de matrice pour le combustible fissile [5]. C'est une approche radicalement différente des réacteurs à eau sous pression que l'on connaît aujourd'hui.

Le mélange de référence utilisé dans ces réacteurs est le fluorure de lithium-béryllium (FLiBe). Le thorium, l'uranium et le plutonium forment des sels fluorés compatibles qui se dissolvent facilement dans ce mélange, et le thorium peut être facilement séparé de l'uranium sous forme fluorée [5]. Les MSR ne sont pas une nouveauté radicale : les premiers de ces réacteurs ont été opérés dans les années 1960. Ils sont aujourd'hui perçus comme une technologie prometteuse, principalement pour le cycle de combustible au thorium ou pour la valorisation du combustible usé des réacteurs à eau légère [5]. La recherche mondiale sur les MSR est actuellement menée par la Chine.

Pourquoi le MSR est-il bien adapté au thorium ?

Le lien entre les MSR et le thorium tient à une compatibilité chimique et physique naturelle. Les MSR sont particulièrement bien adaptés au combustible thorium, car ils permettent d'éviter la fabrication classique de combustible solide. Le combustible liquide peut directement intégrer des fluorures de thorium et d'uranium (U-233 et/ou U-235) [4]. Ce mélange fonctionne dans une plage de température de 400 à 700 °C, assurant à la fois le transfert de chaleur et le support du combustible en fission [4].

Par ailleurs, les MSR peuvent s'adapter à plusieurs cycles de combustible nucléaire, notamment le cycle Uranium-Plutonium et le cycle Thorium-Uranium, ce qui permet d'étendre les ressources en combustible disponibles pour la production d'électricité [2]. L'une des variantes les plus avancées, le Molten Salt Fast Neutron Reactor (MSFR), intègre le cycle de combustible thorium, le recyclage des actinides et un cycle fermé Th/U sans enrichissement de l'uranium, avec une sécurité accrue et des déchets minimaux [10].


Source: IAEA

Le statut du MSR dans la recherche internationale

Le réacteur à sels fondus est l'une des six technologies de réacteurs sélectionnées par le Forum international Generation IV pour la recherche et le développement [4]. Cette sélection reflète la reconnaissance institutionnelle de son potentiel à l'échelle mondiale.

Selon l'AIEA et la World Nuclear Association, les MSR devraient présenter des avantages par rapport aux réacteurs à eau légère actuels sur plusieurs plans : sécurité, environnement, économie et résistance à la prolifération. Des températures d'exploitation élevées améliorent les rendements de production électrique, tandis que l'évacuation passive de la chaleur résiduelle et les cycles de combustible flexibles constituent d'autres atouts distinctifs [4]. La technologie est par ailleurs adaptée au format SMR, ce qui élargit encore son potentiel de déploiement [4].

Avantages des SMR/MSR au thorium : sécurité, déchets et transition énergétique

Au-delà de leur flexibilité de déploiement, les SMR de nouvelle génération, en particulier les MSR au thorium, ae distinguent par des caractéristiques techniques qui répondent à plusieurs des préoccupations historiquement associées au nucléaire : gestion des déchets, sécurité et empreinte carbone.

Réduction des déchets radioactifs et radiotoxicité

La question des déchets radioactifs est souvent au cœur des débats entourant l'énergie nucléaire. Dans ce contexte, le cycle de combustible thorium présente des caractéristiques distinctives. Il constitue une voie attrayante pour produire de l'énergie nucléaire à long terme avec des déchets de faible radiotoxicité [8].

Dans un MSR spécifiquement, à l’équilibre du cycle de combustible thorium, la radiotoxicité attendue est réduite par rapport aux cycles uranium conventionnels. Les produits de fission constituent la majeure partie des résidus, tandis que la formation d’actinides transuraniens est fortement limitée grâce à la gestion du combustible et au retraitement en ligne [4].

Pour quantifier cet avantage, une étude de faisabilité sur les microréacteurs à sels fondus au thorium indique que l'utilisation du thorium plutôt que de l'uranium pourrait réduire la production d’actinides mineurs d’environ 100 fois, tout en renforçant les caractéristiques de résistance à la prolifération [9].

Sécurité passive des SMR modernes

Les SMR modernes sont conçus selon une philosophie de sécurité dite « passive », qui repose davantage sur les forces naturelles que sur des systèmes mécaniques actifs. Concrètement, ces réacteurs exploitent la pression, la gravité, la circulation naturelle et la convection pour assurer leur sûreté, réduisant ainsi la dépendance aux équipements actifs comme les pompes, les ventilateurs ou les générateurs diesel [1].

À titre d'exemple, le design AP300 — l'un des modèles documentés dans le catalogue IAEA 2024 — prévoit des systèmes de sécurité capables de fonctionner sans alimentation en courant alternatif pendant au moins 72 heures [1].

Le rôle des SMR/MSR dans la transition énergétique

Dans un contexte mondial où la décarbonisation des systèmes énergétiques s’impose comme une priorité, les SMR et les MSR au thorium s’inscrivent dans une trajectoire technologique cohérente. L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) souligne que l’atteinte des objectifs de l’Accord de Paris — notamment limiter le réchauffement climatique à bien en dessous de 2 °C — nécessitera la mobilisation de l’ensemble des sources d’énergie bas carbone. Dans ce cadre, le nucléaire suscite un regain d’intérêt en tant que source d’électricité à faibles émissions contribuant à la réduction des gaz à effet de serre.

Les SMR, en particulier, répondent à des besoins croissants en production d’électricité flexible et adaptable à une diversité d’usages. Ils offrent des solutions pour remplacer des infrastructures fossiles vieillissantes, tout en améliorant les standards de sûreté et en facilitant l’accès au financement grâce à leur conception modulaire [6]. L'AIEA reconnaît d'ailleurs leur potentiel comme solution viable pour la sécurité d'approvisionnement énergétique, tant dans les pays qui s'initient au nucléaire que dans ceux qui cherchent à l'étendre.

Conclusion

Les SMR et les MSR au thorium ne sont pas de simples variantes des réacteurs nucléaires existants. Ils représentent une approche repensée de l'énergie nucléaire, conçue pour répondre aux contraintes du monde contemporain.

Dans un contexte où la transition énergétique exige à la fois fiabilité, flexibilité et faible empreinte carbone, ces technologies offrent une réponse technique qui mérite attention — particulièrement pour les secteurs industriels et miniers opérant dans des régions éloignées ou en dehors des grands réseaux. Le thorium, en tant que ressource géologique abondante, ouvre la voie à un cycle de combustible nucléaire durable, avec des caractéristiques de sécurité et de gestion des déchets distinctives par rapport aux filières conventionnelles.

Squatex suit avec intérêt les avancées dans le domaine des énergies à faible empreinte carbone, dont le thorium, ainsi que leur potentiel dans certaines technologies énergétiques émergentes.

→ Pour restez informé des développements dans ce secteur en suivant Squatex sur LinkedIn.

Références


Guest User
Suivant

Géothermie profonde (EGS) : comment fonctionne la géothermie améliorée ?