Thorium et réacteurs à sels fondus : que vaut cette filière présentée comme une alternative à l’uranium ? Ce guide explique le principe, les avantages reconnus, les limites et l’état des projets, en rattachant chaque constat à sa source et à son année. Notre guide complet sur les énergies du futur situe ce sujet parmi les autres options. Les analyses citées datent de 2015 à 2024 : elles décrivent l’état des connaissances à leur date, non l’état actuel de la filière.
Comprendre le thorium : une matière fertile, pas fissile
Le thorium n’est pas un combustible nucléaire comme les autres. Dans le rapport de l’OPECST sur le nucléaire du futur (2021), il est décrit comme un métal légèrement radioactif, environ trois fois plus abondant que l’uranium. Cette comparaison est celle de l’OPECST : les sources consultées ne donnent aucun chiffre de ressources mondiales, et nous n’en avançons aucun.
La différence essentielle tient à un vocabulaire à retenir. Selon le même rapport, comme l’uranium 238, le thorium n’est pas un élément fissile, mais fertile. Le rapport décrit la transformation qu’il doit subir : lorsqu’il absorbe un neutron, le thorium génère un noyau de thorium 233 qui se transforme en quelques minutes par décroissance radioactive en protactinium 233, puis après moins d’un mois en uranium 233 fissile.
Cette étape préalable a une conséquence que souligne le ministère dans sa réponse à une question écrite de l’Assemblée nationale (2016) : la ressource naturelle en thorium ne peut pas être exploitée directement et nécessite d’être irradiée au préalable dans un réacteur fonctionnant à l’uranium ou au plutonium. La page ministérielle « Réacteurs du futur », publiée la même année, va dans le même sens en relevant l’impossibilité d’amorcer un cycle thorium sans disposer d’uranium 235 ou de plutonium. Dans notre lecture de ces textes, le thorium ne se substitue donc pas d’emblée à l’uranium : il en dépend d’abord.
Le rapport de l’OPECST de 2021 note enfin que l’utilisation du thorium impliquerait de mettre en oeuvre deux filières distinctes pour l’uranium et le thorium, avec deux cycles du combustible associés. Pour comprendre le contexte du parc nucléaire sur lequel cette filière viendrait se greffer, notre article sur le parc mondial de réacteurs apporte un état des lieux.
Comment fonctionne un réacteur à sels fondus
Dans un réacteur classique, le combustible est solide. Dans la famille que l’OPECST qualifie de plus innovante en 2021, il en va autrement : le réacteur utilise un combustible liquide, dissous dans un caloporteur à base de sels fondus. Le rapport précise : « Un fonctionnement avec des neutrons thermiques ou rapides est possible. » Le sel remplit ainsi deux rôles à la fois, ce que décrit aussi le ministère à propos du projet français.
Dans sa page de 2016, le ministère indique que les études de ce réacteur à sels fondus rapide étaient portées en France par le CNRS qui développe un projet appelé MSFR pour Molten Salt Fast Reactor. Ce projet repose sur un réacteur utilisant le thorium (au lieu de l’uranium) comme matière fertile, sous la forme d’un sel (fluorure) tenant à la fois le rôle du combustible et du caloporteur.
Cette conception change la manière de gérer le combustible. Le ministère précise, dans sa réponse de 2016, que dans un réacteur à sel fondu le combustible ne reste pas confiné dans la cuve et doit circuler sous forme « liquide » dans une boucle externe au réacteur. La page « Réacteurs du futur » y associe un atout : la facilité offerte de retraitement en continu du combustible du fait de son état liquide.
Les avantages reconnus par les sources publiques
Les textes officiels reconnaissent des atouts à la filière. Le ministère écrit en 2016 que l’utilisation du thorium dans des réacteurs à sels fondus présente des avantages certains notamment en raison de l’abondance des ressources, et de la facilité offerte de retraitement en continu du combustible du fait de son état liquide. Dans sa réponse de la même année, il envisage que le thorium pourrait constituer à plus long terme un complément, ou une alternative notamment en cas de raréfaction de la ressource en uranium naturel.
Sur les déchets, les deux sources ne vont pas dans le même sens apparent. Le rapport de l’OPECST (2021) indique que le cycle du thorium génère moins de déchets de haute activité que le cycle de l’uranium. La réponse ministérielle de 2016, elle, estime que pour l’inventaire radiotoxique des déchets, les cycles à l’uranium et au thorium sont assez proches. Ces textes ne mesurent pas le même critère : l’un évoque les déchets de haute activité, l’autre l’inventaire radiotoxique. Dans notre lecture, il serait donc imprudent de conclure à un avantage net sur les déchets.
Des États poursuivent cette voie malgré sa complexité. L’OPECST relève en 2021 que des pays disposant de réserves importantes de thorium, comme l’Inde ou la Chine, développent des réacteurs destinés à utiliser ce combustible alternatif. Pour le cadre de planification du nucléaire en France, voir notre analyse de la PPE3 et du nucléaire.
Limites et verrous de sûreté
Le même texte ministériel de 2016 qui reconnaît des avantages ajoute aussitôt des inconvénients en termes notamment de démonstration de sûreté des réacteurs. Il est net sur l’état d’avancement : La faisabilité industrielle d’un réacteur de puissance n’est pas démontrée et les études demeurent conceptuelles.
La page détaille ce qui n’est pas acquis : l’extrapolabilité à un réacteur de puissance en termes de quantité de sels fondus à manipuler, d’écoulement des sels, de conception des pompes et échangeurs et la tenue des matériaux à la corrosion n’a jamais été démontrée. La réponse ministérielle de 2016 va dans le même sens : sont plus complexes à réaliser que pour les réacteurs à eau actuels, écrit-elle à propos des démonstrations de sûreté.
L’OPECST (2021) ajoute des difficultés d’exploitation : une épuration continue du sel via une unité de traitement est nécessaire et les hautes températures ainsi que la faible inertie thermique du sel rendent indispensable un système de vidange. Le rapport de l’OPECST de 2023 rappelle de son côté que l’IRSN a identifié des sujets de R&D sur les matériaux face à des environnements corrosifs, comme les sels fondus.
Le tableau suivant rapproche, thème par thème, ce que ces sources présentent comme avantage et comme limite, avec leur année.
| Thème | Avantage signalé | Limite signalée | Sources |
|---|---|---|---|
| Ressource | environ trois fois plus abondant que l’uranium | nécessite d’être irradiée au préalable dans un réacteur fonctionnant à l’uranium ou au plutonium | OPECST 2021 ; ministère 2016 |
| Combustible liquide | de la facilité offerte de retraitement en continu du combustible du fait de son état liquide | une épuration continue du sel via une unité de traitement est nécessaire | Ministère 2016 ; OPECST 2021 |
| Déchets | le cycle du thorium génère moins de déchets de haute activité que le cycle de l’uranium | les cycles à l’uranium et au thorium sont assez proches | OPECST 2021 ; ministère 2016 |
| Sûreté | — | sont plus complexes à réaliser que pour les réacteurs à eau actuels | Ministère 2016 |
| Filière industrielle | — | deux filières distinctes pour l’uranium et le thorium, avec deux cycles du combustible associés | OPECST 2021 |
| Maturité | — | La faisabilité industrielle d’un réacteur de puissance n’est pas démontrée et les études demeurent conceptuelles. | Ministère 2016 |
Où en sont les projets : France, Europe et Chine
En France, le rapport de l’OPECST sur les réacteurs nucléaires innovants (décembre 2023) classe les acteurs par technologie : NAAREA et STELLARIA misent sur des réacteurs à sels fondus, tandis que NEWCLEO se tourne vers les réacteurs refroidis au plomb. Pour les projets de réacteurs modulaires, voir notre point sur les projets de SMR en France.
Côté financement public, la page de la Direction générale des entreprises sur les lauréats (mars 2024) rappelle l’annonce des huit lauréats, soutenus à hauteur de 102,21 millions d’euros par l’État, puis indique que trois nouveaux projets ont été sélectionnés. Elle précise que Stellaria, Taranis et Thorizon reçoivent un soutien financier de 27,8 millions d’euros par l’État. Cette page ne dit pas quelle technologie utilise chaque lauréat : seul le rapport de l’OPECST rattache NAAREA et STELLARIA aux sels fondus, et nous n’associons pas nous-mêmes un lauréat à une technologie.
À l’échelle européenne, la réponse ministérielle de 2016 indiquait que le CNRS, fort de plus de 20 années de recherches dans ce domaine, contribue à la réalisation du projet SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fact Reactor) du programme européen Horizon H2020 aux côtés du CEA, d’EDF, d’AREVA et de l’IRSN. Le rapport de l’OPECST de 2021 décrit enfin deux projets chinois : deux démonstrateurs expérimentaux de réacteurs à sels fondus. Il s’agit de projets décrits en 2021, non d’un bilan de fonctionnement.
Le tableau ci-dessous résume ces projets, chacun rattaché à sa source et à son année.
| Projet | Pays ou porteur | Ce que dit la source | Source et année |
|---|---|---|---|
| MSFR | France (CNRS) | portées en France par le CNRS qui développe un projet appelé MSFR pour Molten Salt Fast Reactor | Ministère 2016 |
| SAMOFAR | Europe | contribue à la réalisation du projet SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fact Reactor) du programme européen Horizon H2020 | Assemblée nationale 2016 |
| TMSR-SF1 | Chine | le TMSR-SF1 de 10 MWt, alimenté en combustible avec une faible portion de thorium solide | OPECST 2021 |
| TMSR-LF1 | Chine | le TMSR-LF1 de 2 MWt alimenté au thorium | OPECST 2021 |
| NAAREA et STELLARIA | France | NAAREA et STELLARIA misent sur des réacteurs à sels fondus | OPECST 2023 |
| Appel à projets France 2030 | France | Stellaria, Taranis et Thorizon reçoivent un soutien financier de 27,8 millions d’euros par l’État | DGE 2024 |
Quel horizon réaliste pour cette filière ?
Les sources s’accordent sur la prudence. Le ministère écrit en 2016 que la filière à sel fondu pourrait être considérée comme une alternative de long terme. Dans son examen des systèmes de quatrième génération (2015), l’IRSN souligne la difficulté de dresser un bilan « équilibré », certains concepts étant déjà en partie éprouvés alors que d’autres ne sont qu’à un stade de développement préliminaire.
Dans notre lecture de ces textes, le thorium en réacteurs à sels fondus relève d’une option étudiée, non d’une solution disponible. Nous n’avançons aucune date de mise en service : ce guide s’appuie sur des sources publiées entre 2015 et 2024. Pour un autre horizon de recherche, notre article sur la fusion nucléaire et son horizon réaliste fait le point. Sur la fin de vie des installations, voir notre article sur le démantèlement de Fessenheim et celui sur l’installation Pégase à Cadarache. Enfin, les évolutions réglementaires récentes pour les petits réacteurs sont décrites dans notre article sur le cadre nucléaire français pour les SMR.
Questions fréquentes
Le thorium peut-il servir de combustible à lui seul ?
Selon l’OPECST, le thorium n’est pas un élément fissile, mais fertile. Le ministère ajoute, dans sa réponse de 2016, que la ressource naturelle en thorium ne peut pas être exploitée directement et nécessite d’être irradiée au préalable dans un réacteur fonctionnant à l’uranium ou au plutonium.
Un réacteur à sels fondus fonctionne-t-il déjà à grande échelle ?
Les sources consultées ne l’établissent pas. La page ministérielle de 2016 indique : « La faisabilité industrielle d’un réacteur de puissance n’est pas démontrée et les études demeurent conceptuelles. » Ce constat date de 2016.
Le thorium produit-il moins de déchets que l’uranium ?
Les sources divergent selon le critère retenu. Le rapport de l’OPECST (2021) indique que le cycle du thorium génère moins de déchets de haute activité que le cycle de l’uranium, alors que le ministère estime en 2016 que les cycles à l’uranium et au thorium sont assez proches pour l’inventaire radiotoxique.
La France travaille-t-elle sur les réacteurs à sels fondus ?
D’après la page ministérielle de 2016, les études étaient portées en France par le CNRS qui développe un projet appelé MSFR pour Molten Salt Fast Reactor. Le rapport de l’OPECST de 2023 indique que NAAREA et STELLARIA misent sur des réacteurs à sels fondus.
La Chine exploite-t-elle un réacteur au thorium ?
Les sources consultées ne le disent pas. Le rapport de l’OPECST de 2021 décrit seulement des projets, avec deux démonstrateurs expérimentaux de réacteurs à sels fondus prévus. Il ne s’agit pas d’un bilan de fonctionnement.
Quels sont les principaux obstacles techniques ?
L’OPECST (2021) relève que une épuration continue du sel via une unité de traitement est nécessaire. Selon le ministère (2016), l’extrapolation à un réacteur de puissance, notamment pour la tenue des matériaux à la corrosion, n’a jamais été démontrée.
Sources officielles
- Ministère de la Transition écologique — réacteurs du futur
- OPECST — l’énergie nucléaire du futur et l’abandon du projet Astrid
- OPECST — le développement des réacteurs nucléaires innovants en France
- Direction générale des entreprises — lauréats de l’appel à projets réacteurs nucléaires innovants
