MYRRHA. UN (AUTRE) REGARD SUR L'ÉNERGIE NUCLÉAIRE

Jean-Pol Poncelet et Hamid Aït Abderrahim

Myrrha. Un (autre) regard sur l’énergie nucléaire

Académie royale de Belgique

rue Ducale, 1 - 1000 Bruxelles, Belgique

www.academieroyale.be

Informations concernant la version numérique

ISBN : 978-2-8031-0770-4

© 2021, Académie royale de Belgique

Collection L’Académie en poche

Sous la responsabilité académique de Didier Viviers

Volume 137

Diffusion

Académie royale de Belgique

www.academie-editions.be

Crédits

Conception et réalisation : Laurent Hansen, Académie royale de Belgique

Couverture : Coupe radiale du reacteur sous-critique de MYRRHA, Belgian Nuclear Research Centre (SCK CEN)

Publié en collaboration avec

Avant-propos

La physique nucléaire a connu un essor spectaculaire au début du XXe siècle. Le modèle atomique proposé par les physiciens pour décrire la nature fondamentale de la matière s’est imposé avec succès. Il a permis d’identifier au cœur du noyau de l’atome de puissantes forces de liaison qui lui assurent une très grande cohésion malgré l’intense effet répulsif des charges électriques qui y sont à l’œuvre.

Du côté des laboratoires, on a pu montrer qu’un neutron incident pouvait dans certaines conditions être « absorbé » et créer ainsi un noyau plus lourd. Il est toutefois apparu également aux expérimentateurs que parfois il provoquait la rupture des liaisons internes et la « fission » du noyau initial. Ce phénomène laissait entrevoir la libération d’une énergie considérable. En évaluant le défaut de masse à l’issue de la réaction de fission, on démontre qu’il correspond bien à une énergie énorme au regard de celle que dégage par exemple une réaction exothermique de combustion.

Comme chaque fission individuelle peut à son tour produire des neutrons en excès, l’éventualité d’une réaction en chaîne a surgi dans l’esprit des théoriciens. Une telle réaction pouvait-elle, en se développant et en divergeant très rapidement, être à la base d’un dispositif à finalité explosive ? La puissance qu’il dégagerait serait sans doute gigantesque. Une mobilisation sans précédent de moyens financiers, techniques et humains a conduit les États-Unis à en faire la démonstration implacable en recourant à la bombe « atomique » contre le Japon en 1945.

La perspective de contrôler durablement une telle réaction à des fins pacifiques a ouvert par ailleurs la voie à la production d’électricité. Le second traité de Rome, signé par les six États fondateurs de la Communauté européenne de l’énergie atomique en 1957, s’était donné cette ambition. Il entendait promouvoir le développement de la nouvelle forme d’énergie à l’échelle industrielle. L’objectif a été largement atteint : elle génère aujourd’hui un quart de l’électricité de l’Union européenne.

Mais l’énergie nucléaire dérange. Son utilisation est controversée. Paradoxalement, dans une Europe qui se dit pourtant soucieuse des changements climatiques, alors que près de la moitié de l’électricité décarbonée est d’origine nucléaire, la quasi-neutralité climatique de cette dernière est très largement ignorée et souvent estompée. En fait, les divergences d’opinion à son propos sont tellement profondes, tant au sein des actuels États membres qu’entre eux-mêmes, que l’énergie nucléaire demeure la principale pierre d’achoppement sur le chemin d’une véritable politique commune de l’énergie.

Les débats les plus vifs concernent notamment la sûreté des installations, les risques de prolifération de technologies ou de matériaux susceptibles d’être utilisés au profit d’un programme à finalité militaire, les aspects économiques et financiers ainsi que le sort des combustibles usés. L’avenir des déchets en particulier éveille des peurs à l’échelle des temps géologiques.

Toutes ces questions sont extrêmement clivantes. Des opinions souvent dogmatiques affrontent la froide rationalité des techniciens. Ambitionner d’en offrir une analyse globale un tant soit peu équilibrée demeure une véritable gageure. Il nous semble cependant qu’au-delà de la controverse idéologique et des anathèmes un autre regard s’impose aujourd’hui. Des perspectives s’ouvrent notamment grâce à la recherche et aux développements relatifs aux produits résiduels du cycle du combustible. Des progrès significatifs ont déjà été réalisés dans les laboratoires. Des machines innovantes ont été imaginées, comme le réacteur MYRRHA à Mol. Le temps est venu d’une approche actualisée qui prendrait en compte les dernières avancées scientifiques et technologiques.

Nous pensons que l’Europe, qui a été pionnière dans le développement des technologies nucléaires à finalité civile, est aujourd’hui en mesure de se retrouver dans un projet fédérateur ambitieux. Face au défi majeur de notre époque que sont les changements climatiques, cette ambition partagée pourrait soutenir la réconciliation des ingénieurs, des décideurs et des opinions publiques. Car elle aurait la capacité de rencontrer les inquiétudes exprimées par ces dernières tout en aidant les autres à assumer leurs responsabilités : apporter aux questions de notre temps les réponses qui s’imposent. L’énergie nucléaire, la plus fondamentale dans l’univers, en fait partie. Nous sommes convaincus qu’en s’accordant sur une ambition nucléaire mise à jour l’Europe et ses États membres renoueraient avec leur idéal de progrès, de prospérité et de bien-être en préservant la cohésion sociale et la solidarité. Et qu’en redevenant un modèle ils consolideraient la voie vers un monde pacifié et plus durable.

Nous espérons que le présent petit ouvrage, dont l’idée puis la rédaction nous ont offert l’occasion d’une cordiale complicité, apportera à ceux qui nous feront l’honneur de nous lire des éléments d’information utiles à l’édification par chacun d’eux d’un jugement personnel éclairé, le seul qui vaille.

Jean-Pol Poncelet et Hamid Aït Abderrahim

Août 2020

Introduction

C’est une petite boîte d’une vingtaine de centimètres de côté en bois léger un peu patiné par l’œuvre du temps. Des inscriptions gravées sur ses flancs en indiquent le contenu initial : Alhambra Casinos, une variété de petits cigares vendus à la pièce pour cinq centimes de dollar et censés apporter au fumeur, du moins si l’on en croit le slogan imprimé sur la face interne du couvercle, a real smoking pleasure. Comme souvent à l’époque, on ne jetait presque rien. Les cigares partis en fumée, la boîte, bienvenue pour ranger l’une ou l’autre chose dans l’attente d’un sort encore incertain, a donc été conservée et réutilisée.

En l’occurrence le contenu du petit coffret n’a plus rien à voir avec le tabac. Il est même tellement exceptionnel qu’avec la boîte qui l’abrite il est devenu une pièce de référence du Musée national de l’histoire américaine, une des facettes de la célèbre Smithsonian Institution à Washington. Les cigares ont fait place dans la boîte à un petit disque en platine qu’on utilisait comme porte-échantillon pour des analyses physico-chimiques approfondies d’un spécimen en laboratoire. Échantillon est d’ailleurs peut-être un bien grand mot, car au moment où elle a été déposée sur le disque pour être scrupuleusement examinée, la substance concernée n’existait qu’à concurrence de moins d’un demi-microgramme ! Il avait fallu combiner le talent et le savoir-faire exceptionnels d’un chimiste hors-normes pour parvenir à séparer, concentrer et isoler ce qui allait s’avérer être un élément totalement nouveau. L’alchimiste moderne à l’œuvre à cette fin s’appelait Glenn Seaborg. Il travaillait à Berkeley, en Californie, à l’été 1941.

Seaborg avait en fait identifié dans les résidus des irradiations d’échantillons d’uranium par le faisceau d’un cyclotron — c’est-à-dire un accélérateur de particules — des noyaux à 239 nucléons dont la masse atomique dépassait celle de l’uranium. Il donna à sa découverte un nom qui fait référence à l’astronomie lointaine : plutonium (Pu).

L’uranium (U) était à l’époque le métal le plus lourd connu. À ce titre, il figurait, en tant qu’élément chimique 92, comme la limite supérieure de la masse atomique dans le célèbre tableau périodique des éléments de Mendeleïev. Mais d’autres éléments artificiels encore plus lourds que le plutonium furent ensuite créés et identifiés. On les désigne tous désormais sous le nom de transuraniens. Ce qui amena Seaborg et ses collègues à compléter le tableau périodique en lui ajoutant une nouvelle ligne. Elle est dédiée à une famille de métaux aux propriétés chimiques apparentées à celles de l’actinium, le premier de ceux que l’on appelle pour cette raison les actinides. Parmi eux les transuraniens se singularisent par des noms « exotiques » : neptunium, plutonium, américium, curium, berkélium, californium, et même einsteinium, fermium, mendélévium, nobélium, lawrencium, etc., en hommage notamment à de grands physiciens qui ont marqué leur temps. La plupart de ces éléments sont très instables et donc — à des degrés divers — radioactifs.

En 1941, dans la perspective d’un examen complémentaire, un second échantillon du plutonium nouvellement créé avait été mis de côté par Seaborg et déposé dans une boîte à cigares abandonnée par un de ses collègues, un fumeur invétéré. Le petit coffret — devenu bien malgré lui célèbre pour la postérité — et son contenu sont désormais conservés à Washington en témoignage de la découverte qui valut à Seaborg d’être distingué par le Prix Nobel de chimie dix ans plus tard.

On aura évidemment compris que les efforts considérables faits dès le début des années 40 par les laboratoires atomiques américains, dont celui de Seaborg, n’étaient pas à vocation philanthropique. Des considérations théoriques avaient en effet établi que la variété à 239 nucléons du plutonium devait être fissile. Dans la perspective d’un dispositif explosif, qui était la finalité du gigantesque programme lancé par les États-Unis, l’intérêt pour le plutonium s’était accru par la confirmation que la masse nécessaire au démarrage d’une réaction en chaîne devait être sensiblement moindre que celle requise pour l’uranium. Comme il serait vraisemblablement nécessaire de transporter « l’objet » sur une longue distance, une réduction de sa masse constituait un avantage décisif. Une chaîne industrielle complexe et coûteuse fut donc mise au point pour en produire — en secret — plusieurs kilogrammes 1. Une première bombe au plutonium fut testée avec succès en juillet 1945 dans le désert du Nouveau-Mexique puis une autre utilisée quelques semaines plus tard contre la ville japonaise de Nagasaki.

En entrant dans l’histoire militaire, la découverte de Seaborg a profondément modifié la nature même des conflits armés. Elle a provoqué une mutation fondamentale de la géopolitique. L’équilibre de la terreur et la dissuasion réciproque se sont incrustés au cœur des relations entre les puissances. C’est pourquoi le plutonium est devenu pour les opposants aux armes nucléaires non seulement une espèce d’incarnation diabolique du potentiel destructeur absolu de l’homme mais également un symbole d’Apocalypse dans son sens eschatologique le plus réducteur.

Ultérieurement l’énergie nucléaire fut mise en œuvre à l’échelle industrielle civile pour la production d’électricité. Les réacteurs à fission développés à cette fin utilisent de l’uranium comme « combustible 2 ». Celui-ci est déchargé à l’issue d’une période d’exploitation variable selon les diverses technologies. Comme l’uranium a subi de nombreuses fissions, le combustible « usé » contient des résidus de son irradiation dont une toute petite part de transuraniens : neptunium, américium, curium et bien évidemment aussi… du plutonium. Ce dernier, puisqu’il est fissile, pourrait lui-même devenir du combustible pour d’autres types de réacteurs. Comme lui, les autres transuraniens, par leur radio-toxicité marquée et leur durée de vie exceptionnellement longue, donnent à leurs nuisances éventuelles une dimension temporelle qui dépasse notre entendement. De sorte que le plutonium et ses acolytes se trouvent également en tête de la liste des conséquences maléfiques — ou prétendues telles — de l’énergie nucléaire que dressent les opposants à ses usages civils.

De nombreux facteurs excitent donc depuis longtemps la curiosité, l’intérêt et la responsabilité des scientifiques à l’égard des éléments transuraniens. Un regard sur l’état de leurs travaux et sur les développements qu’ils envisagent laisse entrevoir aujourd’hui des perspectives intéressantes. Elles pourraient amener à reconsidérer le cycle du combustible nucléaire actuel dans son ensemble et à rapprocher d’un horizon temporel davantage à notre portée les échéances millénaires qui planent actuellement sur les résidus d’exploitation de l’énergie nucléaire.

C’est essentiellement autour de cette espèce de « retour du futur » qu’est organisé le présent petit ouvrage. Le contexte est délibérément européen, mais le rôle que joue et a joué la Belgique doit être souligné. Comme souvent, le récit commence par quelques références aux aléas de l’histoire et aux contraintes du présent. Puis il se poursuit sur les chemins de traverse de la recherche-développement (R&D) et les perspectives qu’elle ouvre. S’agissant de l’énergie nucléaire on peut difficilement s’affranchir de toute considération scientifique ou technique. Quand ils sont indispensables, ces aspects sont toutefois abordés très progressivement et avec le maximum de simplicité afin qu’ils ne soient pas un obstacle à l’édification des lecteurs que cette matière pourrait rebuter.

CHAPITRE 1

Nuts and bolts...