Le thorium : l’espoir d’une énergie nucléaire verte

Le Thorium, minerai très abondant dans la croûte terrestre, est une des nombreuses pistes de réflexion pour l’avenir de la filière nucléaire. Ce métal offre des avantages pertinents sur de nombreux aspects, notamment en termes environnementaux et de sécurité d’exploitation. Néanmoins, l’exploitation du thorium dans le fonctionnement des centrales nucléaires demande de nombreuses recherches et les financements suffisants pour aboutir.  

Pourquoi le thorium est-il un minerai pertinent dans la production d’électricité nucléaire ?

Lors des travaux de recherche sur la fission nucléaire comme source d’énergie dans les années 50-60, le thorium et l’uranium étaient étudiés. Après de nombreuses recherches, les spécialistes ont décidé de retenir l’uranium comme combustible principal des centrales nucléaires, car il peut également être exploité comme arme nucléaire. Le coût des recherches avec l’uranium pouvait ainsi être mutualisé.  

En parallèle, comme l’Uranium, le Thorium est un élément chimique, découvert en 1829 par un chimiste suédois, M. Berzelius. On le trouve dans une roche appelée le monazite. Depuis plusieurs dizaines d’années, son exploitation en tant que combustible nucléaire est envisagée, car il possède de nombreux avantages.

Le thorium : plus abondant et efficace que l’uranium pour les centrales nucléaires

Le thorium est un métal présent en abondance dans la croûte terrestre. Les principales régions du monde où on retrouve du Thorium sont l’Inde, l’Australie et l’Antarctique. Mais, cocorico, la Bretagne possède également des gisements de thorium intéressants. 

Au total, on estime qu’il y a trois fois plus de thorium que d’uranium sur Terre (7 ppm pour le thorium, contre 2,5 à 3 ppm pour l’uranium). Une fois son extraction effectuée, son exploitation dans les centrales nucléaires offre un rendement supérieur à l’uranium. 

Un mélange avec l’Uranium nécessaire pour maintenir la réaction

Ce métal est un élément fertile, mais non fissile. Cela veut dire que le thorium :

• peut absorber des neutrons sans génération de chaleur (fertilité) ;
• ne peut pas séparer ses atomes (non-fissile).

Ainsi, pour générer et maintenir la réaction, le thorium doit être mélangé avec de l’uranium, élément naturellement fissile. Une fois en action, cette association génère une réaction nucléaire en chaîne et entraîne la création d’un nouvel élément : l’Uranium 233. Cet isotope a une probabilité de fission supérieure à l’isotope U-235, élément actuellement utilisé dans les centrales nucléaires. L’uranium 233 permet ainsi de générer une réaction en chaîne plus efficace. 

Une surgénération possible avec ce métal

De plus, le thorium permet la surgénération. Ce concept consiste à créer lors de la réaction plus d’atomes fissiles que d’atomes utilisés pour la fission. En d’autres termes, la surgénération permet une création d’atomes neufs, prêts à créer de l’énergie, par rapport aux atomes déjà exploités dans la réaction. La réaction en chaîne se régénère ainsi en continu.
C’est du fait de cette “régénération en continu” que les centrales nucléaires au Thorium sont considérées comme plus vertueuses, car le combustible s’autoalimente. 

Une meilleure sécurité d’exploitation sur ce type de centrale nucléaire

Le fonctionnement des centrales nucléaires utilisant le thorium évite tout risque de fusion du combustible. En effet, ces centrales utilisent le combustible sous forme liquide, à l’inverse des centrales à l’uranium, où ce sont des barres de combustibles solides. Avec un combustible sous forme liquide, les réacteurs à sels fondus jouent le rôle de système de refroidissement. Dans le cadre d’un problème majeur sur la centrale, les risques d’emballement du cœur du réacteur sont nuls. 

Une réduction des déchets radioactifs générés lors de la réaction, mais plus risqués

Le second avantage des réacteurs à sels fondus est la réduction des générations de déchets radioactifs au terme de la réaction. De plus, ces déchets ont une durée de vie plus courte que ceux de l’uranium. Ils peuvent ainsi être compactés et stockés dans des espaces plus réduits. Cela réduit ainsi son impact logistique, et par extension, son impact environnemental.

Néanmoins, les déchets produits sont très irritants et irradiants, avec la création de rayons gamma notamment. Cette dangerosité au niveau des rayons demande une adaptation au niveau : 

• des protections fournies au personnel sur place ; 
• des conditionnements directs des matières dangereuses.

Les inconvénients du thorium

Bien que le thorium suscite un intérêt croissant en tant qu’alternative à l’uranium dans le domaine de l’énergie nucléaire, plusieurs défis freinent son adoption à grande échelle.

Complexités technologiques et risques nucléaires

Tout d’abord, le thorium-232, étant une matière fertile et non fissile, nécessite une transformation en uranium-233 pour devenir utilisable dans une réaction nucléaire. Ce processus requiert l’utilisation initiale de matières fissiles telles que l’uranium enrichi ou le plutonium, complexifiant ainsi le cycle du combustible. De plus, bien que le thorium génère moins de déchets à longue durée de vie que l’uranium, il produit de l’uranium-232, un isotope émettant des rayons gamma hautement pénétrants. Cette caractéristique complique la manipulation et le stockage des déchets, nécessitant des mesures de protection renforcées.

Par ailleurs, les technologies liées au thorium en sont encore au stade expérimental. Le développement de réacteurs adaptés implique des investissements considérables en recherche et développement, ainsi que des procédures d’homologation coûteuses. Cette situation rend son déploiement industriel incertain à court terme. Enfin, bien que le thorium soit plus abondant que l’uranium, son extraction et sa transformation en combustible prêt à l’emploi demeurent coûteuses et techniquement complexes, limitant pour l’instant sa compétitivité économique.

Deux industries nécessaires pour utiliser le thorium

Le développement d’un système nucléaire utilisant le thorium nécessite deux filières distinctes :

1. Filière uranium avec thorium intégré : Un parc de réacteurs à eau exploitant des combustibles contenant du thorium, associé à un procédé de retraitement pour extraire l’uranium 233 ou le plutonium.
2. Filière thorium dédiée : Un second parc de réacteurs amorcé avec des éléments fissiles issus de la filière uranium, couplé à un traitement spécifique pour recycler l’uranium 233.

Le retraitement des combustibles usés au thorium, via le procédé Thorex, reste indispensable mais peu développé : il n’a été testé qu’en laboratoire aux États-Unis et à un stade pré-industriel en Inde.

Bientôt des centrales nucléaires à sels fondus pour exploiter le thorium ? 

Ce type de centrale reste encore à la marge dans le monde. L’Inde possède des centrales nucléaires au thorium en fonctionnement. Cela s’explique par :  

• un accès difficile à l’uranium pour le pays ;
• une grande quantité de thorium dans ses terres. 

Dans le contexte actuel en France, un réacteur de ce type ne verrait le jour qu’à la fin du siècle. La France a choisi en priorité d’augmenter son nombre de centrale dit de 3e génération, tel que l’EPR de Flamanville. Depuis le début des recherches dans les années 1950, de nombreuses installations et équipements ont été développés et mis en place partout dans le monde. Les investissements gouvernementaux sur ces technologies atteignent aujourd’hui le stade de maturation et de retour sur investissement. 

De plus, les techniques d’exploitation et de retraitement de l’uranium sont bien connues par le personnel en place. Une exploitation du Thorium demanderait la création d’une deuxième filière du nucléaire, avec des installations et des techniques d’exploitation propres à ce métal. 

En 2025, la Chine dévoile le premier réacteur nucléaire au thorium

En avril 2025, Des chercheurs chinois ont franchi une étape majeure dans l’innovation nucléaire en parvenant à faire fonctionner en continu un réacteur à sel fondu utilisant du thorium, tout en le rechargeant sans arrêt de l’activité. Cette avancée, testée dans le désert de Gobi, place le thorium comme une alternative crédible à l’uranium, grâce à sa plus grande abondance, une production de déchets radioactifs nettement réduite et un meilleur niveau de sécurité.

Fonctionnant à pression atmosphérique, ce type de réacteur limite les risques de surchauffe. La Chine, pionnière dans cette technologie après l’avoir relancée à partir de recherches américaines délaissées, ambitionne désormais de construire un réacteur plus puissant d’ici 2030, avec une capacité de 10 MW.

Avec cette percée, la Chine s’impose comme un acteur central du nucléaire de nouvelle génération, plus propre et plus durable.

Les acteurs clés de la filière thorium

Le marché du thorium est aujourd’hui essentiellement porté par quelques pays et entreprises pionniers dans la recherche nucléaire :

• Les pays disposant de réserves stratégiques : l’Inde, l’Australie et la Chine concentrent les principaux gisements exploitables de thorium. L’Inde, notamment, a conçu sa stratégie énergétique autour de ce métal, avec un programme ambitieux de réacteurs à sels fondus pour exploiter ses réserves nationales. La Chine, quant à elle, investit massivement dans la R&D pour devenir leader sur le nucléaire de nouvelle génération.
• Les entreprises et centres de recherche spécialisés : bien que le marché industriel du thorium soit limité, des institutions comme l’Institut de physique nucléaire de Pékin ou le Bhabha Atomic Research Centre en Inde jouent un rôle central dans le développement des réacteurs au thorium et des technologies de retraitement.
• Les fournisseurs de technologie nucléaire : certains groupes traditionnels de nucléaire, tels que Orano (France), Westinghouse (USA) ou CNNC (Chine), investissent dans le développement de réacteurs adaptés au thorium. Leur rôle est double : fournir le savoir-faire et les équipements, et accompagner la montée en puissance des nouvelles filières.

Le marché et le cycle économique du thorium

Contrairement au marché de l’uranium, le thorium ne dispose pas encore d’un marché liquide et mondial. Les échanges se font principalement entre gouvernements, laboratoires de recherche et quelques fournisseurs industriels.

• Cycle du combustible thorium : le thorium-232, non fissile, doit être transformé en uranium-233 pour être utilisé dans les réacteurs. Cette transformation nécessite l’apport initial d’uranium enrichi ou de plutonium, ce qui crée une dépendance sur les marchés traditionnels de l’uranium pour amorcer la réaction.
• Investissements et financement : le déploiement industriel des réacteurs au thorium exige des investissements colossaux en R&D, sécurité et retraitement des déchets. Les acteurs financiers privés restent prudents, tandis que les gouvernements et les institutions publiques restent les principaux bailleurs.
• Perspectives de commercialisation : à court terme, le thorium est surtout un vecteur de recherche et d’expérimentation. À moyen terme (2030–2040), les premiers réacteurs commerciaux pourraient fournir de l’électricité à faible coût et avec des déchets réduits, principalement dans les pays disposant de gisements abondants.

La sécurité et l’environnement : un argument clé pour les entreprises

Les centrales à thorium, notamment celles utilisant les sels fondus, offrent plusieurs avantages pour les consommateurs industriels et pour le marché de l’électricité :

Stabilité de production et coûts maîtrisés : à long terme, la disponibilité abondante de thorium pourrait limiter la volatilité des coûts énergétiques liés au nucléaire, un argument stratégique pour les entreprises fortement consommatrices.

Réduction des risques nucléaires : le combustible liquide permet de limiter les surchauffes et les risques de fusion du cœur.

Déchets radioactifs plus courts et compacts : bien que plus irradiants à court terme, ces déchets ont une durée de vie plus courte, simplifiant leur gestion et réduisant l’impact logistique pour les centrales et pour la collectivité.

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FAQ sur le thorium :