Thorium utilisé au Bhabha Atomic Research Centre à Mumbai en Inde.
Le thorium est un métal très lourd de couleur argentée. Ce métal se trouve naturellement et abondamment dans la croûte terrestre, souvent associé à d'autres minéraux radioactifs.
Il est principalement étudié pour son potentiel en tant que combustible dans les réacteurs nucléaires, en raison de sa grande abondance et de sa capacité à produire de l'énergie sans générer autant de déchets à longue durée de vie que l'uranium. De plus, le thorium est considéré comme une alternative plus sûre et plus durable pour l'énergie nucléaire, suscitant un intérêt croissant dans le domaine de la recherche énergétique.
Composition
Le thorium se présente sous la forme d’un seul isotope, le thorium 232. Le noyau atomique du thorium possède 90 protons et 142 neutrons. Le thorium se situe en fin du tableau de Mendeleïev (Z = 90) dans la famille des actinides, tout comme l’uranium naturel (Z = 92)(1).
Usages et intérêts
Le thorium a été identifié vers 1830 en Norvège(2). Le nom même de ce minerai provient du dieu du tonnerre dans la mythologie nordique, Thor.
Il possède des qualités physico-chimiques exceptionnelles : il ne fond qu’à 1 750°C et se vaporise vers 4 800°C (Pa). Il a de nombreuses applications industrielles comme matériau réfractaire, cathode en électronique, catalyseur en chimie, pour le cracking du pétrole, etc.
Le thorium 232 est très faiblement radioactif (demi-vie de 14 milliards d’années) mais il est fertile, c'est-à-dire qu’il peut se transformer par absorption d’un neutron en uranium 233, élément fissile(3). La fission de l’U233 est semblable à celle de l’U235 ou du Pu239, dégageant une énergie considérable et produisant un minimum de déchets grâce à un très fort rendement global. Le couple Th232-U233 permet, comme U238-Pu239, la surgénération avec des neutrons rapides mais a également cette possibilité dans une moindre mesure avec des neutrons lents.
Le thorium est encore plus abondant que l’uranium et peut se transformer par absorption d’un neutron en uranium 233, élément fissile tout comme l’uranium 235 utilisé dans les réacteurs actuels à eau pressurisée (type des réacteurs du parc nucléaire français). Or, la fission de l’uranium 233 produit un peu plus de neutrons que celle de l’uranium 235, ce qui permettrait de produire davantage d’énergie avec une quantité donnée de minerai.
Recherche
Une voie prometteuse semble être celle d’une utilisation du mélange thorium-uranium sous la forme de sel fluorés fondus, servant à la fois de combustible et de caloporteur dans un réacteur à sel fondus (RSF). La filière thorium-uranium 233 avait déjà suscité l’intérêt des chercheurs dès les années 1950. Elle avait alors été rejetée, au bénéfice de la filière uranium-plutonium car les conditions de radioprotection n’étaient alors pas maîtrisées.
La société norvégienne Thor Energy estime que l’exploitation du thorium pourrait fournir une orientation transitoire pour la filière électronucléaire alors que le déploiement des réacteurs de 4e génération ne sera pas effectif avant plusieurs décennies. Thor Energy entend réaliser une série d’essais de ce combustible dans le réacteur nucléaire de recherche de Halden (sud-ouest de la Norvège).
Les ressources norvégiennes en thorium pourraient fournir 120 fois plus d’énergie que les hydrocarbures présents dans le plateau continental en Norvège(4), qui détient respectivement 1% et 0,4% des réserves prouvées mondiales de gaz et de pétrole.
Notons d’ailleurs que le thorium pourrait également être utilisé par des réacteurs de cette nouvelle génération dans des surgénérateurs à neutrons rapides. C’est l’option à laquelle l’Inde consacre actuellement un programme important de recherche, ce pays possédant également d’importantes ressources de ce minerai longtemps resté dans l’ombre de l’uranium.
L’Inde, qui a en effet d’importantes ressources de thorium, consacre un programme important à l’utilisation de cet élément dans les surgénérateurs à neutrons rapides. En France, le CNRS (LPSC, IPN) étudie le RSF, la filière prioritaire restant le surgénérateur à neutrons rapides (CEA) utilisant le couple U238/P239 et refroidi au sodium.
