Les États-Unis développent une technologie pour recycler les déchets nucléaires en combustible hydrogène

Actuellement, aucune centrale nucléaire au monde ne fonctionne selon le principe de la fusion nucléaire (réaction de fusion nucléaire). Les centrales nucléaires fonctionnent toutes selon le principe de la fission de l'uranium pour produire de l'énergie thermique.

La fusion nucléaire est le processus de combinaison de deux atomes pour libérer de la chaleur, ce qui fait tourner un générateur. Ce dernier assurera une production d'électricité importante avec des émissions quasi nulles. Elle est donc théoriquement considérée comme l'une des formes d'énergie les plus propres.

Les centrales nucléaires en activité aujourd’hui s’appuient sur des réactions de fission nucléaire pour produire de l’énergie, mais de nombreux déchets nucléaires sont également créés et restent radioactifs pendant de nombreuses années.

Les déchets nucléaires provenant des centrales nucléaires sont difficiles à gérer et extrêmement coûteux à stocker.

En revanche, le processus de fusion nucléaire qui alimente les étoiles de l'univers produirait très peu de déchets radioactifs à son stade final. Ce processus nécessite la fusion du deutérium et du tritium.

L'humanité a réalisé des progrès considérables dans l'exploitation de la puissance de la fusion, notamment grâce à la centrale nucléaire d'OpenAI dans l'Ohio, aux États-Unis. Cependant, le combustible tritium nécessaire aux réactions de fusion est encore plus complexe.

Bien que le deutérium soit facilement disponible, les États-Unis connaissent actuellement une grave pénurie de tritium. « Actuellement, la valeur du tritium commercial est d'environ 15 millions de dollars par livre [33 millions de dollars par kilogramme], et les États-Unis n'ont pas la capacité nationale d'en produire », a déclaré Terence Tarnowsky, physicien au Laboratoire national de Los Alamos (LANL) et auteur principal de l'étude.

Tritium pour les réacteurs de fusion nucléaire Le tritium est présent naturellement dans la haute atmosphère, et les réacteurs du Canada en sont les principaux producteurs commerciaux.

Dans un communiqué de presse, Tarnowsky a déclaré que l'inventaire total actuel de tritium sur la planète est d'environ 55 plus ou moins 31 livres [25 plus ou moins 14 kilogrammes].

Selon les estimations de Tarnowsky, 25 kilogrammes suffisent à alimenter plus de 500 000 foyers pendant six mois. « C'est plus que le nombre de foyers à Washington. »

Pendant ce temps, les États-Unis détiennent des milliers de tonnes de déchets nucléaires provenant de centrales nucléaires commerciales. Ces déchets contiennent des matières hautement radioactives dont la sécurité nécessite un stockage coûteux.

Les scientifiques ont donc vu l'opportunité d'évaluer la faisabilité de l'utilisation de déchets nucléaires encore radioactifs pour produire du tritium précieux. Des simulations ont suggéré que les déchets nucléaires pourraient constituer une source intéressante, et Tarnowsky a réalisé de nombreuses simulations informatiques de réacteurs potentiels au tritium afin d'évaluer la production et l'efficacité énergétique de ce type de réacteur.

Au cours de la simulation, les atomes se sont divisés, libérant des neutrons et créant finalement du tritium après une série d'autres transitions nucléaires, selon le communiqué de presse.

La fonction boost permettrait aux opérateurs d’activer ou de désactiver ces réactions et est considérée comme plus sûre que les réactions en chaîne qui se produisent dans une centrale nucléaire conventionnelle.

L'accélérateur bombarde les composants radioactifs des déchets nucléaires, libérant des neutrons pour créer du tritium. Illustration : GenAI

Il estime que ce système théorique, fonctionnant avec 1 GW de puissance, pourrait produire environ 2 kg de tritium par an. Il prédit que cette conception produirait plus de dix fois plus de tritium qu'un réacteur à fusion à puissance thermique égale.

Le prochain objectif du scientifique est de calculer le coût de production du tritium une fois qu'il disposera de calculs plus détaillés des performances du réacteur. Les simulations seront également affinées afin d'évaluer avec précision l'efficacité et la sûreté de la conception du réacteur.

Tarnowsky prévoit également de développer un nouveau code pour un modèle de déchets nucléaires environnants avec du sel de lithium fondu, une conception établie pour un réacteur alimenté à l'uranium utilisé uniquement pour des expériences scientifiques.

« La transition énergétique est coûteuse, et chaque fois que nous pouvons la rendre plus facile, nous devrions essayer », a déclaré Tarnowsky, qui poursuit actuellement la construction de la première centrale électrique à fusion commerciale aux États-Unis et dans le monde.

Si elle est perfectionnée, cette conception pourrait alimenter les futurs réacteurs à fusion et garantir une transition énergétique moins émettrice d’émissions.

La recherche a été financée par le Laboratoire national de Los Alamos et l'Administration nationale de la sécurité nucléaire des États-Unis. Le scientifique présentera ses résultats lors de la réunion d'automne de la Chemical Society, qui se tiendra du 17 au 21 août.