Contrairement aux réacteurs nucléaires traditionnels, où l’uranium est utilisé sous forme de barres solides, les réacteurs au thorium fonctionnent avec un combustible liquide, dissous dans un mélange de sels fondus, généralement du fluorure de lithium et de béryllium. Chauffé à environ 700 °C, ce mélange maintient le thorium dans un état réactif tout en servant de fluide caloporteur.
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Un réacteur liquide pour un combustible liquide
Ce type de réacteur n’a pas besoin de haute pression comme dans les centrales classiques. Cela réduit drastiquement les risques d’explosion. Si une fuite survient, le liquide s’écoule dans un réservoir de secours où il se fige immédiatement en refroidissant, interrompant la réaction de façon automatique. Le tout sans émission de vapeur d’eau radioactive, ni risque d’emballement comme à Tchernobyl ou Fukushima.
Le principe des réacteurs au sel fondu avait déjà été testé dès les années 1960 à Oak Ridge, aux États-Unis, avec succès. Le prototype, le MSRE (Molten Salt Reactor Experiment), a fonctionné de 1965 à 1969, démontrant la faisabilité du concept. Mais la corrosion des matériaux, notamment des canalisations exposées aux sels fondus à haute température, reste un obstacle. Ces sels, très efficaces sur le plan thermodynamique, sont aussi extrêmement corrosifs.
Pourquoi les sels fondus sont-ils corrosifs ?
Les sels fondus utilisés dans ces réacteurs (fluorures de lithium, de béryllium, parfois de thorium ou d’uranium) ont un comportement chimique très agressif vis-à-vis des métaux. À haute température, ils peuvent attaquer les alliages des tuyauteries, provoquer des fissures, voire des fuites. C’est pourquoi la recherche porte sur des métaux ultra-résistants (comme le Hastelloy-N) ou sur des revêtements céramiques.
Les matériaux capables de résister sur le long terme, comme certains alliages au nickel (Hastelloy-N), restent coûteux, et leur comportement à très long terme n’est pas totalement maîtrisé. L’ingénierie de ce type de réacteurs nécessite donc des innovations importantes en métallurgie, robotique et maintenance à distance.
De plus, cette filière demande une infrastructure entièrement nouvelle, y compris pour le retraitement du combustible liquide en continu, ce qui diffère fondamentalement du cycle uranium/plutonium. Enfin, comme le thorium n’est pas directement fissile, une source d’amorçage (généralement de l’uranium-235 ou un accélérateur de particules) est nécessaire au démarrage.
Comment fonctionne un réacteur au sel fondu ?
- Le thorium-232 est dissous dans un sel fondu, chauffé à environ 700 °C.
- Une source de neutrons initie la réaction (U-235 ou accélérateur).
- Le thorium absorbe un neutron et devient uranium-233, un isotope fissile.
- L’uranium-233 se désintègre, produisant chaleur et neutrons.
- Le liquide chauffe et transmet l’énergie à un échangeur thermique, qui génère de l’électricité via une turbine.
- La réaction est autorégulée par la température : si elle augmente trop, le liquide se dilate, ralentissant la réaction.
