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La pierre philosophale des centrales nucléaires

Une centrale nucléaire qui «brûle» une partie de ses déchets, sur le papier, c'est possible. Mais de la physique théorique à l'application industrielle, les obstacles à franchir sont immenses.

La lutte contre les émissions de CO2 a relancé l'intérêt pour cette technologie, dite de «transmutation». En Suisse, l'Institut Paul Scherrer (PSI) est engagé dans une expérience internationale de longue haleine.

Il y juste un an, le PSI, installé à Villigen, près de Zurich annonçait la fin de la première étape de l'expérience Megapie (pour Megawatt Pilot Experiment), un projet de 50 millions d'euros, qui réunit 170 chercheurs et des financements du monde entier.

Le but: produire, ou plutôt extraire des neutrons de haute énergie en bombardant une cible de métal liquide avec un faisceau de protons d'une puissance d'un mégawatt - un petit peu moins en réalité, même si l'accélérateur du PSI qui «lance» ces protons est celui au monde qui permet d'atteindre les plus hautes intensités.

Et pourquoi extraire des neutrons? Pour en bombarder des éléments radioactifs et ainsi les transmuter, soit en combustible fissile (directement réutilisable), soit en éléments à durée de vie courte, qui poseraient nettement moins de problèmes de stockage que les déchets nucléaires actuels, dont certains resteront dangereux pour des millions d'années.

Le «soufflé» de Carlo Rubbia

L'idée n'est pas nouvelle. Les réactions qui se produisent au cœur des centrales atomiques sont déjà des transmutations. Les physiciens ont ainsi accédé au vieux rêve des alchimistes. Sauf que leur pierre philosophale ne mue pas les métaux en or, mais en substances peu sympathiques comme le neptunium, le plutonium et autres éléments plus lourds que l'uranium, tous radioactifs.

En 1993, le physicien Carlo Rubbia, Prix Nobel et directeur du CERN, fait sensation en annonçant directement à la presse le prochain avènement d'une génération de centrales nucléaires qui brûlera ses déchets au fur et à mesure, grâce à la transmutation.

Baptisé «rubbiatron», le soufflé retombe aussi vite qu'il était monté face à la somme énorme de difficultés pratiques auxquelles se heurterait la construction d'une telle machine.

«Cela démontre qu'un grand physicien n'est pas forcément un grand expert en ingénierie nucléaire», commente Mycle Schneider, consultant indépendant pour les questions énergétiques, qui travaille pour plusieurs gouvernements et agences internationales.

«Comment on fait?»

Mais l'idée n'est pas morte pour autant. Du moment qu'un réacteur nucléaire libère des neutrons, pourquoi ne pas les utiliser pour transmuter des éléments? Et pour arriver à une efficacité suffisante, on y ajouterait des neutrons produits selon la technique testée par Megapie.

«Les centrales que l'on construit actuellement sont dites de 3e génération, explique Jean-Marc Cavedon, chef du Département énergie nucléaire du PSI. La 4e génération est dans les cartons à dessin. Le projet de brûleur de déchets le plus avancé est en Belgique et s'il voit le jour, ce sera une sorte de rubbiatron».

Optimiste (il avance la date de 2040), le physicien du PSI n'en est pas moins conscient des obstacles. Notamment du fait que pour réaliser des transmutations en quantités significatives, il faudra une machine à extraire les neutrons 100 à 500 fois plus puissante que celle dont on dispose actuellement.

«Je fais partie des gens qui disent 'yaka' et à qui les ingénieurs répondent 'comment on fait?' D'ailleurs, si vous connaissez quelqu'un qui sait comment on fait, je l'engage tout de suite!, note, non sans humour, Jean-Marc Cavedon. Dans n'importe quel domaine technique, multiplier la puissance par 10 c'est juste difficile, mais si on veut multiplier par 100, les gens s'arrachent les cheveux».

«N'importe quoi!»

Pour Mycle Schneider, la cause est entendue. Selon une étude commandée il y a dix ans par le Conseil national américain de la recherche à deux sommités en matière d'ingénierie nucléaire, la maîtrise des différentes technologies nécessaires à la transmutation pourrait prendre plusieurs siècles et coûterait des dizaines, voire des centaines de milliards de dollars.

«Après la fusion, la transmutation est le plus gros programme d'embauche pour physiciens au chômage. C'est n'importe quoi!», s'emporte le consultant .

«Ce qu'on oublie trop souvent, c'est que pour transmuter, il faut commencer par séparer les matières. Et c'est à la fois très difficile, très sale et très dangereux, poursuit Mycle Schneider. Alors bien sûr, en théorie, tout cela fonctionne, mais en pratique, on est encore à des années-lumière du but.»

Sans compter qu'une centrale qui transmute produit tout de même une certaine quantité des déchets, à durée de vie assez courte, il est vrai (quelques centaines d'années tout de même). «Dans une centrale à fission, on casse des noyaux d'atomes, rappelle Jean-Marc Cavedon. Et les deux produits de la fission vont nous rester sur les bras. C'est le minimum qu'on saura jamais faire.»

Quant à transmuter les déchets déjà existants, que l'industrie nucléaire accumule depuis des décennies, même le physicien du PSI n'ose pas y croire. «Parler de perspective futuriste serait encore un mot trop faible», admet-t-il.

Recherche fondamentale



En attendant, Jean-Marc Cavedon tient à rappeler que les travaux menés au PSI sont d'abord au service de la recherche fondamentale en physique des neutrons. Laquelle avance à son rythme...

Depuis la fin de la première phase de Megapie, la cible qui a été bombardée de neutrons est en train de «refroidir», ou plutôt de perdre une partie de sa radioactivité. Et il faudra encore un à deux ans pour la découper, extraire des échantillons et analyser les résultats.

swissinfo, Marc-André Miserez

Le plomb en or ?
Plutôt l'uranium en plutonium

La transmutation, c'est un peu la pierre philosophale, phantasme des alchimistes du Moyen-âge, qui cherchaient à changer le plomb en or.

Les atomes sont formés de protons, à charge électrique positive, d'électrons, à charge négative et de neutrons, sans charge électrique. Le nombre des protons est toujours égal à celui des électrons. Par contre, celui des neutrons peut varier, sans affecter les propriétés chimiques de l'atome. Deux atomes identiques qui n'ont pas le même nombre de neutrons sont des isotopes différents du même élément.

Ainsi, l'Uranium, combustible principal des centrales nucléaires, a 92 protons et 92 électrons. Son isotope les plus répandu est l'U238, avec 146 neutrons (92 + 146 = 238).

Le procédé de transmutation consiste à bombarder des atomes avec des neutrons. L'U238 va absorber un neutron et devenir de l'U239. Mais cet élément n'est pas stable. L'atome va alors transformer un de ses neutrons en proton, absorber un électron et devenir un atome de Neptunium 239. Lequel n'est pas stable non plus et va, par le même processus, se muer en Plutonium 239.

L'intérêt est que le Pl239 est réutilisable comme combustible nucléaire. Il produira alors des déchets qui resteront radioactifs durant quelques centaines d'années seulement.

Le bombardement de neutrons peut en théorie aussi être appliqué à des isotopes radioactifs à vie longue (qui resteront dangereux durant des centaines de milliers, voire des millions d'années) pour en faire des isotopes à vie plus courte.

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