De la suffisance des réserves mondiales d’uranium

Ce billet est issu d’un thread rédigé en réponse à une question posée sur Twitter. Vous pouvez retrouver la question et le thread à ce lien ou ci-dessous.

La demande mondiale de quoi ?
D'énergie -> non.
D'électricité -> ça paraît compliqué.
D'électricité nucléaire en cas de développement soutenu -> probable.
D'électricité nucléaire au niveau de consommation actuel -> oui.

— Tristan K☢️min (@TristanKamin) October 10, 2018

La raison pour laquelle on peut tout entendre… C’est que ça dépend d’un paquet de paramètres.
Aux conditions actuelles d’extraction, d’enrichissement, d’utilisation, de recyclage, et compte tenu des réserves connues, ouais, environ 100 ans à consommation à peu près constante.
Mais y’a des variables d’ajustement à tous les niveaux du cycle du combustible :

• extraction
• enrichissement
• consommation
• recyclage

Ce qui limite ces ajustements, c’est un peu la technique, beaucoup l’économie : aujourd’hui, l’uranium coûte une misère, donc 0 effort pour l’économiser. On n’exploite que les gisements les plus riches, on enrichit sans forcer, on consomme sans optimiser, on recycle à peine.

Ce qui permettrait ces ajustements, ce serait un coût de l’uranium plus élevé… Justement quand il commencera à se faire un peu plus rare. Comme le pétrole où les gisements étaient plus nombreux au fur et à mesure que les prix sont montés. Comme toute ressource naturelle de stock, en fait (hydrocarbures, métaux…).

Et ce qui est cool avec le nucléaire, c’est que l’uranium c’est quelque chose comme 1-2% du prix du kWh payé par l’usager, en France en tout cas. De l’ordre de 0,15 centimes sur les 15 centimes que coûte un kWh.

On pourrait proposer un petit calcul d’ordre de grandeur pour le constater. La production électronucléaire française nominale est de 420 TWh pour 8000 tonnes « métal lourd » d’uranium naturel, soit 9400 tonnes d’octaoxyde de triuranium, la forme sous laquelle il s’échange sur les marchés.
Son prix oscille actuellement autour de 35 US$/lb, soit 67 €/kg.
Cela nous conduit à 630 millions d’euros d’uranium, pour 420 millions de mégawattheures produits, donc un prix de l’uranium de 1,5 €/MWh, ou 0,15 centimes par kWh.

Donc même une augmentation d’un facteur 10 sur le coût de l’uranium, ça va augmenter le kWh d’un centime et demi sur plusieurs décennies, c’est négligeable.
Si les conditions économiques permettent d’envisager des paramètres d’ajustement du ratio consommation/stock d’uranium, quels sont-ils ?

Liste non exhaustive.

Exploitation de l’uranium naturel

• 1) Exploiter des gisements moins riches. Très simple, faut juste vérifier que ça reste rentable.
• 2) Exploiter des « gisements secondaires » : cendres de charbon, résidus miniers de d’autres industries minières… Même chose, rien de sorcier, juste une question de rentabilité.

Ces deux options permettent de gagner pas mal de ressources, sans changer les ordres de grandeur, je pense, mais sans être très chères.

• 3) Exploiter l’uranium marin.

Là, on est sur une idée un peu folle, compliquée techniquement (et donc chère) à mettre en œuvre, mais extraire l’uranium naturellement dissout dans l’eau de mer multiplierait les réserves par… Beaucoup. Plus d’info dans le thread ci-dessous.

Allez hop, comme j'ai un peu de temps, on va parler d'uranium dissous dans l'eau et des moyens de le récupérer. L'idée m'est venue suite à un RT d'@astropierre d'une news de @physorg_com #Thread

— Alexis (@AStrochnis) June 20, 2018

• 4) Récupérer l’uranium hautement enrichi ou le plutonium des armes nucléaires. Ça s’est déjà fait, aucune difficulté technique ni économique, faut juste avoir des pays qui se désarment ^^

Enrichissement

• 5) Il faut enrichir plus… En France, quand on enrichit l’uranium, on fait 1 tonne d’enrichi à 3-4% et 7 tonnes d’appauvri à 0,3% à partir de 8 tonnes de naturel à 0,7%.
  Si on poussait l’enrichissement pour réduire la teneur dans l’appauvri à 0,2%, voir 0,1%, alors on économiserait de l’uranium naturel, à production d’uranium enrichi égale.
  Mais enrichir coûte cher, et l’uranium naturel, aujourd’hui, ne coûte rien. On se fatigue pas, donc.
  Mais puisque l’appauvri n’est pas perdu mais sagement entreposé chez nous, on pourrait toujours ultérieurement en tirer encore un peu d’enrichi si le besoin le justifiait, pas de problème, c’est pensé pour.

Utilisation en réacteurs

• 6) On peut tirer, en fonction du taux d’enrichissement, de sa fabrication, de son mode d’utilisation, plus ou moins d’énergie d’une tonne de combustible nucléaire. Là encore, question d’équilibre économique entre faire l’effort ou gâcher de l’U qui coûte rien.
  Et ce n’est pas marginal, parce qu’en augmentant un peu l’enrichissement (de 3.5% à 4.5%), on arrive à quasiment doubler la quantité d’énergie qu’on peut tirer d’une tonne de combustible. Toutefois, ça induit de multiples contraintes, sur la gestion du cœur et sur le retraitement. Rien d’insurmontable, ça s’est même déjà fait, mais ça coûte.

Retraitement-Recyclage

• 7) Actuellement, en France, produit un peu plus de 10% de notre électricité nucléaire avec du combustible recyclé, avec le MOx (récupération du plutonium et de l’uranium du combustible usé et fabrication de combustible neuf avec).
  D’une part, on pourrait pousser ce concept plus loin, parce qu’aujourd’hui on ne récupère qu’une partie de l’uranium usé pour l’associer au plutonium, mais on pourrait aussi récupérer le reste et le ré-enrichir. C’est le projet d’EDF, de manière à monter à 25% de production à base de combustible recyclé d’ici l’horizon 2025.
  Pas de verrou technique, ça s’est déjà fait sur une centrale nucléaire avant d’être abandonné… Par raison économique.
  Par contre, le recyclage, même limité, est loin d’être généralisé au monde entier. Donc y’a un moyen de pousser plus loin le recyclage à échelle mondiale et donc d’économiser considérablement de la ressource en uranium.

Bon, jusqu’à présent, à part pour l’uranium marin, j’ai évoqué des solutions assez modestes et qui jouent marginalement sur l’ordre de grandeur. Capable de multiplier les ressources par 2, 3 , peut-être, j’en sais rien… Mais on va finir GRAND.

• 8) La FUCKING surgénération. Le plutonium, on le recycle qu’une fois. Avec des réacteurs surgénérateurs, déjà, on va pouvoir le recycler des tas de fois. Et, surtout, on va pouvoir en produire des quantités astronomiques.
  Juste à base d’uranium appauvri. On a notre cœur de réacteur surgénérateur, enrobé d’uranium appauvri qui va absorber les neutrons qui vont s’échapper du cœur. ET PAF. Neutron, uranium 238, bim, plutonium 239. Bon, c’pas si simple, mais le résultat est celui-là.
  Et du coup, en France, on se retrouverait à pouvoir alimenter un parc de surgénérateurs plusieurs millénaires, voire plusieurs dizaines de milliers d’années.
  Juste avec l’uranium appauvri qu’on a déjà en stock, purifié, entreposé, tout prêt. Sans avoir plus besoin d’extraire un gramme du sol (une fois le cycle lancé, ce qui nécessite une longue phase de transition tout de même).
  Et à l’échelle mondiale, c’est l’idée aussi. En ajoutant la surgénération basée non plus sur l’uranium, mais sur le thorium (+ abondant que l’U), c’est encore plus la fête du slip.

Bon, par contre, la surgéné, c’est compliqué – faisable, des réacteurs l’ont montré (Phénix…) et le montrent encore (BN-600, 800…) – mais compliqué. Et donc cher à terme, très cher aujourd’hui (car pas mature).
Un peu comme l’extraction de l’U marin. Mais du coup, le jour où les réserves d’uranium commencent à être un problème, on a 6 variables (à ma connaissance) d’ajustement pour se donner un peu de large…

Et se mettre sérieusement à bosser sur les 2 dernières variables qui, elles, ne donnent pas « un peu de large » mais des réserves… Illimitées, en fait, à l’échelle de notre civilisation.

Voilà mon petit panoramique. Basé sur mes souvenirs de cours du cycle du combustible et d’économie du nucléaire. J’prétends pas l’exactitude parfaite, notamment ce qui concerne l’extraction qui est hors de mon périmètre, mais l’essentiel y est, je crois !