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Article

1 - MOTIVATIONS POUR L'UTILISATION DE CYCLE AU THORIUM

2 - HISTOIRE DU DÉVELOPPEMENT DU CYCLE AU THORIUM

3 - CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU CYCLE DU COMBUSTIBLE AU THORIUM ET DÉFIS INDUSTRIELS

4 - QUESTIONS GÉNÉRIQUES LIÉES AU DÉVELOPPEMENT DU CYCLE AU THORIUM

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BN3563 v1

Conclusion
Cycle du combustible au thorium

Auteur(s) : Dominique GRENÊCHE

Date de publication : 10 juil. 2013

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RÉSUMÉ

Le cycle du combustible à base de thorium peut être envisagé en complément ou même en remplacement du cycle classique à uranium pour le fonctionnement des réacteurs nucléaires. Les différents problèmes soulevés par l'utilisation du cycle thorium à une échelle industrielle sont présentés, depuis l'amont du cycle jusqu'à l'étape finale de traitement du combustible usé et du recyclage des matières, ainsi que vis-à-vis de la gestion des déchets associés à ce cycle. Enfin on aborde quelques aspects génériques liés à la mise en oeuvre du cycle au thorium, en particulier les questions de non prolifération et d'économie.

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ABSTRACT

The thorium- based nuclear fuel cycle

The thorium- based nuclear fuel cycle can be used as a complement or even substitute for the traditional uranium cycle for the operation of nuclear reactors. The different issues raised by the use of thorium at the industrial scale are presented from the beginning of the cycle, to the final stage of the processing of the spent fuel, and recycling of matters as well as those concerning the management of waste associated with this cycle. In conclusion, certain generic aspects related to the implementation of the thorium cycle are presented and notably non-proliferation and economic issues.

Auteur(s)

  • Dominique GRENÊCHE : Docteur ès sciences - Consultant (Société Nuclear Consulting) - Expert international

INTRODUCTION

Le thorium fut considéré dès le début du développement de l'énergie nucléaire comme un combustible potentiel pouvant éventuellement compléter voire même se substituer à l'uranium dont on craignait à l'origine la grande rareté naturelle. En fait, comme nous allons le voir dans cet article, le thorium ne peut pas constituer une véritable alternative à l'uranium car contrairement à celui-ci, il ne possède pas d'isotope « fissile » par des neutrons lents, mais il permet simplement d'en générer un, l'uranium 233 (U-233), par capture neutronique dans un réacteur nucléaire. Or, cet élément artificiel ainsi créé, qui est relativement stable (période radioactive de 160 000 ans), est un excellent isotope fissile pour les réacteurs « thermiques ». Il est même meilleur que l'uranium 235 (U-235) ou le plutonium 239 (Pu-239), d'où l'intérêt potentiel du thorium en tant que noyau « fertile ». C'est la raison pour laquelle, le cycle au thorium a toujours fait l'objet d'études significatives à travers le monde dont nous donnerons un aperçu dans cet article. Nous examinerons également les avantages et inconvénients de l'utilisation du thorium en réacteur ainsi que les défis technologiques qu'il faudrait surmonter pour une mise en œuvre industrielle du cycle au thorium.

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KEYWORDS

thorium   |   uranium 233   |   fuel cycle

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bn3563


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5. Conclusion

Ce panorama montre que le thorium offre des perspectives intéressantes, notamment en termes d'économie d'uranium (si l'U-233 est recyclé) mais aussi pour ce qui concerne la réduction de l'inventaire radiotoxique total des déchets ultimes. Les combustibles au thorium présentent par ailleurs des caractéristiques attrayantes en termes de tenue sous irradiation et de comportement neutronique en réacteur. Toutefois, malgré l'existence d'exemples concrets d'utilisation du thorium en réacteur dans le passé, l'expérience industrielle sur ce cycle reste aujourd'hui très limitée et pratiquement inexistante sur l'aval du cycle (traitement et recyclage).

Les connaissances de base apparaissent donc acquises en grande partie, mais il est clair que le déploiement de ce cycle à une grande échelle nécessiterait encore beaucoup de recherche et developpement, en particulier dans le domaine du traitement et de la fabrication de combustible à base d'U-233, ainsi que de lourds investissements industriels. Il est peu probable que dans un avenir proche, les conditions soient réunies pour justifier l'engagement de tels efforts, tout au moins en France. En revanche, à échéance de quelques dizaines d'années, l'apparition de nouvelles contraintes pourrait modifier le contexte actuel et conduire à un déploiement industriel de cycles de combustible à base de thorium.

Un des éléments moteurs de ce scénario pourrait être la possibilité offerte par ces cycles de se rapprocher ou même d'atteindre l'isogénération en matière fissile dans certains types de réacteurs thermiques. C'est dans cette perspective que s'inscrivent les quelques recherches menées en France sur le cycle au thorium, notamment au CNRS dans le cadre de ses travaux sur les réacteurs à sels fondus (RSF). Sur le plan international, l'Inde continue d'afficher clairement sa stratégie de développement de son parc nucléaire futur incluant un recours important au cycle thorium dans des réacteurs « classiques » et cela malgré les ouvertures récentes lui permettant un accès plus facile à des importations d'uranium. La Chine s'est également lancée récemment dans un programme de recherche sur ce sujet, en liaison avec ses travaux en cours sur les RSF. Il en est de même au Japon, qui a toujours mené des recherches sur le thorium et où la compagnie Chubu Electric power vient d'initier un programme sur le sujet. Par ailleurs, certains pays poursuivent des recherches dans le cadre d'initiatives privées parmi lesquelles on peut par exemple citer « Thor Energy »...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LUNG (M.) -   Perspectives of the thorium fuel cycle.  -  Analytical Center for Non-Proliferation – Seminar at the Joint Research Center (JRC), Ispra, Italie, juil. 1996.

  • (2) - YONG (L.K.), KRICHINSKY (A.M.), CAMPBELL (D.O.), LAUGHLIN (S.S.), SANDERS (G.B.), VAN ESSEN (D.C.) -   Competencies for the safe interim storage and management of U-233 at Department of energy facilities.  -  Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37830, 27 janv. 1997.

  • (3) - BERARD (P.) et col -   Fiche pédagogique sur le thorium.  -  Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), 1er août 2001.

  • (4) -   International Reporting Template for the Public Reporting of Exploration Results, Mineral Resources and Mineral Reserves.  -  Committee for mineral reserves international reporting standards (CRIRSCO), juil. 2006.

  • (5) - AIEA – OCDE/AEN -   Uranium 2009 : ressources, production et demande.  -  (dit « livre rouge »).

  • ...

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