L’uranium 235 : un don de Dieu

 

26 septembre 2017 1 commentaire

 

Michel Gay ♦

L’uranium 235 (U235) est le seul élément fissile naturel restant sur Terre après l’explosion de la supernova qui a donné naissance au système solaire. Sans cette unique “allumette miraculeuse” l’homme n’aurait pas pu exploiter l’énergie nucléaire.

L’uranium est un métal radioactif présent dans le sous-sol de la Terre. Avant de pouvoir l’utiliser comme combustible dans les réacteurs des centrales nucléaires, il faut l’extraire et le transformer. Seul l’uranium 235 est fissile mais il n’est pas en proportion suffisante pour être utilisable dans les réacteurs des centrales. L’uranium doit donc être enrichi en uranium 235, de façon à ce qu’il en comporte entre 30 et 50 g.

Dans les réacteurs nucléaires, d’autres éléments fissiles apparaissent ensuite, tel que le plutonium 239 (Pu239) issu de l’uranium 238 (U238). Ce dernier est dit fertile car il peut devenir fissile au cours des fissions de l’U235. De même, l’uranium 233 (U233) est issu du thorium 232 (Th232). Ces derniers peuvent aussi à leur tour jouer ce rôle « d’allumette » et engendrer de la chaleur et d’autres éléments fissiles.

Les deux seuls éléments naturels fertiles (et non fissiles) restant sur terre pour produire de l’énergie nucléaire sont l’U238 et le Th232. Ils sont disponibles en grande quantité et, grâce à “l’allumette” initiale (l’U235), ils pourront probablement alimenter l’humanité en chaleur et en électricité pendant des millénaires grâce aux générations de réacteurs à venir.
Aujourd’hui, environ 60 réacteurs utilisant le “couple” U235-U238 sont en construction dans le monde. Les couples utilisant ensuite le plutonium 239 (Pu239-U238) et l’uranium 233 (U233-Th232) comme combustible leurs succéderont probablement au cours des siècles suivants.

Un cadeau de l’univers

La vie de certaines étoiles se termine parfois par une gigantesque explosion très lumineuse appelée supernova. La nébuleuse du Crabe dans notre galaxie, par exemple, est le reste d’une supernova qui a été observée sur Terre en 1054 par des astronomes chinois. Ces phénomènes produisent des éléments plus lourds que le fer tels que le platine, l’or ou l’uranium (par une succession rapides de captures de neutrons qui se transforment ensuite en protons par émissions béta…), et dont les poussières ensemencent l’espace galactique. Ces “poussières d’étoiles” se condenseront avec le gaz interstellaire pour former de nouveaux systèmes solaires et des planètes, comme notre bonne vieille Terre.

Actuellement, le Th232 et l’U238, radioactifs et présents en grande quantité dans la croûte terrestre, participent de manière déterminante (83%) à la géothermie de notre planète (respectivement 44% et 39%).

Les réacteurs nucléaires dans le monde aujourd’hui consomment majoritairement de l’U235 qui ne représente que 0,7% de l’uranium naturel composé principalement d’U238 (à 99,3%). Ils utilisent donc moins de 1 % du contenu énergétique de l’uranium naturel. Ce taux de fission est généralement de 0,6 % et il atteint 0,8 % en France en recyclant une fois les matières valorisables (U238 et Pu239) encore présentes dans les combustibles usés.
Il faut noter que, malgré sa difficulté à fissionner, l’U238 produit tout de même un tiers de la chaleur dans les réacteurs actuels en se transformant auparavant en Pu239 grâce à la réaction initiale de l’U235.

Le futur sera “rapide”

En revanche, les futurs réacteurs “régénérateurs“, ou “surgénérateurs” (à « neutrons rapides » (RNR) et au thorium) se développeront probablement dans le monde après 2050. Ils ont la propriété remarquable de fabriquer leur propre combustible fissile : l’U238 se transforme presque complètement en Pu239 et le Th232 en U233. Ils peuvent même produire plus de combustible nucléaire que nécessaire à leur fonctionnement, ce qui permet ultérieurement de démarrer d’autres réacteurs.
L’Inde par exemple s’oriente plutôt vers les réacteurs au thorium car son sous-sol en contient beaucoup plus que d’uranium.

En plus de fabriquer des éléments fissiles, ces futurs réacteurs (RNR ou au thorium) ont deux autres avantages :
1 – ils permettent d’utiliser le plutonium fissile issu du retraitement des combustibles usés des centrales nucléaires en fonctionnement, ou du démantèlement des armes nucléaires, ce qui économise l’utilisation de l’U235,
2 – ils produisent moins de déchets pour une même énergie produite.

Ces réacteurs, dits de quatrième génération, utiliseront 100 fois mieux l’uranium naturel (abondant) et le thorium (encore plus abondant). Les réserves mondiales de combustibles passeraient alors à plusieurs milliers d’années.

En France, les 300.000 tonnes d’U238 entreposées en 2017 constituent déjà une réserve de… 3000 ans ( Inventaire national des matières et déchets radioactifs (INMDR) 2015, page 43). En effet, environ 100 tonnes par an seraient suffisantes pour produire l’électricité nécessaire à notre consommation nationale.
De plus, en 2040, les 400 tonnes de Pu239 contenues dans les combustibles usés entreposés( CEA n° 1 décembre 2012, page 35) pourront servir “d’allumette” au déploiement de 16 RNR de génération IV de 1,45 gigawatts (GW), soit plus du tiers du parc électronucléaire actuel de 63 GW.

Une énergie durable à l’échelle humaine

Demain, les futures générations ne manqueront pas d’énergie nucléaire pour produire l’électricité nécessaire à leur qualité de vie (chauffage, industries, transports,…).

L’uranium 235 est la divine allumette nucléaire, un “don de Dieu” qui contribue et contribuera à rendre notre planète plus agréable à vivre pour les hommes.

ILLUSTRATION : L’URANIUM EST UN MÉTAL RADIOACTIF PRÉSENT DANS LE SOUS-SOL DE LA TERRE.