Le tritium est l’ingrédient le plus rare et le plus stratégique de la fusion nucléaire. Cet isotope de l’hydrogène, dont les stocks mondiaux ne dépassent pas 25 kilogrammes, est indispensable au fonctionnement d’ITER et des futurs réacteurs de fusion. Mais sa production dépend presque exclusivement des réacteurs CANDU canadiens, une situation qui inquiète la communauté scientifique.
Qu’est-ce que le tritium ?
Le tritium (T ou ³H) est un isotope radioactif de l’hydrogène, dont le noyau contient un proton et deux neutrons. Sa demi-vie est de 12,3 ans, ce qui signifie que tout stock perd la moitié de sa masse en un peu plus d’une décennie. Il n’existe quasiment pas à l’état naturel : la production cosmique dans la haute atmosphère est négligeable, et le tritium utilisé dans l’industrie est d’origine artificielle.
Dans un réacteur de fusion, le tritium est combiné au deutérium (un autre isotope de l’hydrogène, abondant dans l’eau de mer) pour former un plasma chauffé à 150 millions de degrés. La réaction de fusion produit de l’hélium-4 et un neutron de haute énergie, libérant une quantité d’énergie considérable : 17,6 MeV par réaction, soit environ dix millions de fois plus qu’une réaction chimique.
ITER et le besoin critique en tritium
Le projet ITER, en construction à Cadarache (Bouches-du-Rhône), est le plus grand projet de fusion nucléaire au monde. Ce réacteur expérimental, fruit d’une collaboration entre 35 pays, vise à démontrer la faisabilité scientifique et technique de la fusion. Pour ses premières expériences avec du tritium, prévues dans les années 2030, ITER aura besoin d’environ 700 grammes de tritium par jour à pleine puissance.
Comme l’explique Connaissance des Énergies, ce besoin peut sembler modeste en masse, mais il est colossal rapporté aux stocks disponibles. Les réserves mondiales de tritium sont estimées à 20-25 kg, principalement entreposés au Canada et en Corée du Sud. Et ces stocks diminuent mécaniquement de 5,5 % par an du fait de la décroissance radioactive.
Les réacteurs CANDU, seule source significative
La quasi-totalité du tritium mondial est produite comme sous-produit dans les réacteurs CANDU (CANadian Deuterium Uranium), qui utilisent de l’eau lourde (D₂O) comme modérateur et caloporteur. L’eau lourde capture des neutrons et produit du tritium, que les centrales doivent extraire régulièrement pour des raisons de sûreté radiologique.
Le Canada, qui exploite 19 réacteurs CANDU en Ontario, est de loin le premier producteur mondial. L’installation de détritage d’Ontario Power Generation (OPG) à Darlington produit environ 2,5 kg de tritium par an. Mais certains de ces réacteurs approchent de la fin de leur durée de vie, et le Canada n’a pas prévu de les remplacer par des CANDU neufs.
La piste de l’autosuffisance : les couvertures tritigènes
Les concepteurs de réacteurs de fusion travaillent sur des couvertures tritigènes (tritium breeding blankets), des modules placés autour de la chambre de fusion qui contiennent du lithium. Bombardé par les neutrons de la réaction de fusion, le lithium-6 se transmute en tritium et en hélium. En théorie, un réacteur de fusion pourrait ainsi produire plus de tritium qu’il n’en consomme, atteignant l’autosuffisance.
ITER testera six modules de couverture tritigène (TBM — Test Blanket Modules) développés par différents pays partenaires, dont la France (module HCLL, Helium Cooled Lithium Lead). Mais ces modules sont expérimentaux. Aucun n’a encore démontré un taux de régénération (TBR — Tritium Breeding Ratio) supérieur à 1 en conditions réelles, ce qui est le seuil nécessaire à l’autosuffisance.
Le rôle de la France et du cycle du combustible
La France, via le cycle du combustible nucléaire géré par Orano, dispose de compétences uniques dans le traitement des matières radioactives. Le tritium est également produit en petites quantités dans les réacteurs à eau pressurisée français, mais ces volumes sont insuffisants pour alimenter ITER.
Le CEA (Commissariat à l’énergie atomique), qui pilote la contribution française à ITER, mène des recherches sur la production de tritium par irradiation de lithium dans les réacteurs de recherche. Le réacteur Jules Horowitz (RJH), en construction à Cadarache, pourrait contribuer modestement à la production de tritium lorsqu’il entrera en service.
Le lien entre fission et fusion est ainsi plus étroit qu’on ne le pense. Les réacteurs de fission, comme les EPR2 en construction, ne produisent pas de tritium en quantité utile, mais leur neutronique pourrait être exploitée dans des configurations hybrides fission-fusion encore théoriques. Quant au combustible MOX, sa gestion par Orano illustre la capacité française à manipuler des matières nucléaires complexes, un savoir-faire transférable au tritium.
Une course contre la montre géopolitique
La rareté du tritium en fait un enjeu géopolitique. Les États-Unis, qui possèdent également des stocks issus de leur programme d’armes nucléaires, ont classé le tritium comme matière stratégique soumise à des restrictions d’exportation. La Chine, qui développe ses propres projets de fusion (le tokamak EAST), cherche à constituer ses réserves. Et la Corée du Sud, troisième producteur mondial grâce à ses quatre réacteurs CANDU, négocie ses conditions d’approvisionnement à ITER.
Si les réacteurs CANDU canadiens ferment avant que la technologie de couverture tritigène ne soit mature, la fenêtre d’opportunité pour la fusion pourrait se refermer. Le tritium, ce gaz plus léger que l’air et qui tient dans une bonbonne, pourrait devenir le facteur limitant d’une technologie censée fournir de l’énergie illimitée.
Ce qu’il faut retenir
- Le tritium est indispensable à la fusion nucléaire, mais les stocks mondiaux ne dépassent pas 25 kg et diminuent de 5,5 % par an.
- Les réacteurs CANDU canadiens sont la seule source significative de production, une dépendance préoccupante.
- ITER testera des couvertures tritigènes visant l’autosuffisance, mais la technologie reste à prouver.
- La rareté du tritium en fait un enjeu géopolitique majeur entre grandes puissances nucléaires.
