Le thorium est un élément chimique du tableau périodique, de symbole Th et de numéro atomique 90. C'est un métal faiblement radioactif, de couleur argentée, appartenant à la série des actinides (et non aux terres rares, bien qu'on le trouve souvent associé à elles dans la nature).
Propriétés et abondance
Le thorium est plus abondant que l'uranium dans la croûte terrestre, environ trois à quatre fois plus. On le trouve principalement dans des minéraux tels que la monazite, la thorianite et d'autres terres rares, ce qui explique l'intérêt stratégique que lui portent les pays possédant d'importantes réserves.
Thorium et énergie nucléaire
Le thorium est connu pour son potentiel en tant que combustible nucléaire, bien qu'une clarification clé soit nécessaire : le thorium-232 n'est pas fissile, c'est-à-dire qu'il ne peut pas fissiner directement comme l'uranium-235 ou le plutonium-239.
Dans les réacteurs nucléaires, le thorium joue le rôle de matériau fertile. En absorbant un neutron, le thorium-232 se transforme par désintégration bêta en uranium-233, un matériau fissile qui peut être utilisé pour produire de l'énergie par fission nucléaire.
C’est pourquoi le thorium est considéré comme une alternative au cycle de l’uranium, avec des avantages potentiels en termes de :
- sécurité,
- production de déchets,
- disponibilité du carburant à long terme.
Utilisations non nucléaires du thorium
Outre ses applications nucléaires, le thorium a eu des utilisations industrielles, bien que nombre d'entre elles aient diminué pour des raisons de sécurité radiologique :
- Chemises à incandescence pour lampes à gaz (leur utilisation est aujourd'hui très restreinte).
- Alliages métalliques haute température.
- Industrie du verre et de la céramique, pour améliorer la résistance thermique et optique.
- Électrodes de soudage TIG (de plus en plus remplacées).
Centrales nucléaires utilisant du thorium
Actuellement, aucune centrale nucléaire commerciale ne fonctionne exclusivement au thorium. Il existe cependant des réacteurs expérimentaux et des programmes de recherche avancés.
Réacteurs à sels fondus (RSF)
L'un des concepts les plus prometteurs est le réacteur à sels fondus au thorium (RSF ). Ce concept repose sur le principe suivant :
- Le combustible est dissous dans des sels de fluorure fondus.
- Le réacteur fonctionne à basse pression, ce qui réduit le risque d'accidents.
- Il peut intégrer des systèmes de sécurité passifs, tels que la vidange automatique du carburant en cas de surchauffe.
Pays dotés de programmes actifs
- L'Inde possède d'importantes réserves de thorium et développe un programme nucléaire en trois phases. Le réacteur de Kamini utilise de l'uranium 233 issu du thorium, mais il s'agit d'un réacteur de recherche et non d'un réacteur commercial.
- La Chine possède l'un des programmes de réacteurs à sels fondus les plus avancés et a déjà mis en service des réacteurs expérimentaux à sels fondus.
- États-Unis, Canada et Europe : recherche principalement au niveau de la conception et du prototypage.
La mise en œuvre commerciale à grande échelle du thorium reste incertaine et, selon la plupart des experts, nécessite encore plusieurs décennies de développement technologique et de validation industrielle.
Avantages et inconvénients par rapport à l'uranium
Avantages du thorium
L'abondance
du thorium est supérieure et sa répartition géographique est mieux répartie que celle de l'uranium, ce qui réduit les dépendances stratégiques.
Réduction des déchets à long terme :
les cycles du thorium peuvent générer :
- quantité réduite d'actinides transuraniens,
- des déchets à demi-vie plus courte et à radiotoxicité à long terme plus faible (bien qu'il s'agisse toujours de déchets nucléaires).
Risque de prolifération réduit.
L'uranium 233 produit est souvent contaminé par de l'uranium 232, qui émet un rayonnement gamma intense, ce qui limite son utilisation militaire.
Sécurité potentiellement accrue.
Certains modèles (notamment MSR) :
- Ils fonctionnent à pression atmosphérique,
- Ils réduisent le risque de fusion du cœur du réacteur.
- Les systèmes d'arrêt passif sont activés.
Consommation d'eau réduite (selon la conception)
Certains réacteurs au thorium peuvent :
- utiliser un système de refroidissement alternatif,
- réduire la consommation d'eau par rapport aux réacteurs à eau légère traditionnels (bien que cela ne soit pas inhérent au thorium, mais au type de réacteur).
Inconvénients
Cette technologie n'est pas encore mature.
La plupart des réacteurs au thorium sont au stade expérimental. Il n'existe pas encore de chaîne de production industrielle pleinement développée.
Coûts élevés :
Le développement initial, les licences, les nouveaux matériaux et les procédés de retraitement rendent les projets plus coûteux que les technologies établies.
Besoin d’un « combustible de démarrage »
Les réacteurs au thorium ont initialement besoin d’uranium-235 ou de plutonium-239 pour démarrer la réaction et générer de l’uranium-233.
Complexité chimique
En particulier dans les réacteurs à sels fondus, la manipulation des sels fondus et le retraitement en ligne du combustible sont techniquement exigeants.
Rendement électrique :
Il n'a pas été démontré de manière concluante que les réacteurs au thorium sont plus efficaces pour produire de l'électricité que les réacteurs à uranium actuels.
Réserves mondiales de thorium
Les estimations mondiales ne sont pas exactes, mais les réserves de thorium sont considérées comme largement supérieures à celles de l'uranium.
Estimations approximatives :
- Inde : ~485 000 tonnes (principalement en monazite).
- Brésil : ~300 000 tonnes.
- Australie : importantes réserves associées aux minéraux de terres rares.
- Canada : gisements importants, bien que moins quantifiés.
- D'autres pays : la Norvège, les États-Unis, la Malaisie et plusieurs pays africains possèdent également des réserves potentielles.
propriétés du thorium
Vous trouverez ci-dessous un tableau présentant les principales propriétés du thorium.
| Propriété | Valeur |
|---|---|
|
Numéro atomique |
90 |
|
Masse atomique |
232,0377 dans |
|
Symbole chimique |
Ème |
|
Groupe |
Groupe 3 |
|
Période |
Période 7 |
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configuration électronique |
[Rn] 6d 2 7s 2 |
|
État physique |
Solide |
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Couleur |
Gris argenté |
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Point de fusion |
1 750 °C (3 182 °F) |
|
point d'ébullition |
4 788 °C (8 670 °F) |
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Densité |
11,7 g/ cm3 |
|
conductivité électrique |
Bon conducteur d'électricité |
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Radioactivité |
Radioactif |
|
Abondance |
Plus abondant que l'uranium dans la croûte terrestre |
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Applications |
Lampes à incandescence, alliages métalliques, industrie du verre, combustible nucléaire (potentiel) |