Quel combustible nucléaire dominera l’énergie du 21ème siècle.
Derrière chaque ampoule qui s’allume grâce à l’énergie nucléaire, il y a une histoire fascinante que peu de gens connaissent. Ce n’est pas juste une question de centrales et de turbines. C’est l’histoire de matières incroyablement denses en énergie, de cycles industriels complexes, et de choix géopolitiques qui façonnent notre avenir énergétique.
Les combustibles nucléaires sont le cœur invisible de la production d’électricité par fission. Uranium enrichi, plutonium MOX, thorium cycle, HALEU, TRISO : ces termes techniques recouvrent des technologies qui pourraient déterminer qui aura accès à une énergie abondante et bas-carbone dans les décennies à venir.
Plongeons dans cet univers méconnu mais absolument fascinant, où la physique nucléaire rencontre la stratégie industrielle et les enjeux planétaires.
Les principaux combustibles nucléaires qui alimentent le monde aujourd’hui
Les combustibles nucléaires fissiles actuels reposent principalement sur trois isotopes qui ont chacun leur personnalité et leurs utilisations spécifiques.
L’uranium-235 est le plus connu et le plus utilisé. Le plutonium-239 est le recyclé, celui qui donne une seconde vie aux déchets. L’uranium-233, issu du thorium, est le prometteur qui pourrait changer la donne dans les prochaines décennies.
L’uranium enrichi : la référence mondiale incontestée
Voici quelque chose qui surprend toujours : l’uranium naturel contient seulement 0,72% d’uranium-235 fissile. Le reste, c’est de l’uranium-238 qui ne fissionne pas facilement. C’est comme avoir un sac de grains où moins de 1% est réellement utilisable.
Les réacteurs à eau pressurisée et à eau bouillante, qui constituent l’écrasante majorité du parc nucléaire mondial, utilisent de l’uranium enrichi entre 3 et 5% en uranium-235. Cet enrichissement compense les captures neutroniques dans l’eau qui sert de modérateur et de refroidissement.
Le LEU, ou Low Enriched Uranium, constitue aujourd’hui la base du parc mondial. C’est la technologie éprouvée, mature, standardisée sur laquelle repose notre infrastructure nucléaire actuelle.
Le plutonium MOX : donner une seconde vie au combustible usé
Le combustible MOX, pour Mixed Oxide Fuel, est une innovation brillante qui mélange de l’uranium appauvri avec du plutonium recyclé. C’est l’économie circulaire appliquée au nucléaire.
Ce recyclage permet d’économiser environ 20% d’uranium naturel dans un cycle fermé. C’est énorme quand on pense aux volumes en jeu. La France, avec son modèle industriel de retraitement, est pionnière mondiale dans ce domaine. C’est l’une de nos expertises les plus pointues.
Le HALEU : le carburant des réacteurs de demain
Le HALEU, High Assay Low Enriched Uranium, représente la prochaine génération. Enrichi entre 5% et 20% en uranium-235, il est spécialement destiné aux petits réacteurs modulaires et aux concepts de génération IV qui arrivent.
Ce combustible permet une combustion plus élevée, des cœurs de réacteur plus compacts, et des cycles d’utilisation plus longs. Moins de rechargements, plus d’autonomie, meilleure efficacité. C’est exactement ce dont les nouveaux designs de réacteurs ont besoin.
Le TRISO : quand la sécurité devient intrinsèque
Les particules TRISO sont peut-être la technologie de combustible la plus fascinante. Imaginez un micro-grain d’uranium encapsulé dans plusieurs couches successives de céramique et de carbone, comme une poupée russe protectrice.
La résistance thermique dépasse 1 600°C. À ce niveau de température, la plupart des matériaux fondent ou se décomposent. Pas le TRISO. Cette sécurité passive accrue le rend idéal pour les réacteurs haute température où les accidents graves deviennent physiquement impossibles.
Le thorium : le cycle alternatif qui intrigue le monde entier
Le thorium-232 n’est pas fissile directement, ce qui peut sembler être un défaut. Mais c’est en réalité une caractéristique intéressante. Il est fertile et se transforme en uranium-233 fissile via capture neutronique dans le réacteur.
Le cycle du thorium suscite un regain d’intérêt massif en Chine et en Inde, deux pays qui ont des réserves importantes et qui cherchent leur indépendance énergétique. Ils investissent des milliards dans cette technologie.
Pourquoi la densité énergétique du nucléaire défie l’imagination
Voici un chiffre qui donne le vertige : chaque fission d’un atome libère environ 200 MeV d’énergie. Cela représente près de 80 millions de mégajoules par kilogramme de combustible.
Pour mettre cela en perspective, le charbon libère environ 24 mégajoules par kilogramme. La fission est donc environ 10 millions de fois plus énergétique par unité de masse. Dix millions de fois. Ce n’est pas une amélioration marginale, c’est un changement de paradigme complet.
Un kilogramme d’uranium peut alimenter une ville entière pendant des jours. Un kilogramme de charbon, vous le brûlez en quelques minutes pour chauffer une pièce.
Les différences entre isotopes fissiles
L’uranium-235 libère 193,4 MeV par fission et produit en moyenne 2,45 neutrons, pour une densité énergétique de 79 390 000 mégajoules par kilogramme.
Le plutonium-239 fait encore mieux avec 198,9 MeV par fission et surtout 2,9 neutrons en moyenne. Cette production neutronique plus élevée le rend particulièrement adapté aux réacteurs rapides et aux surgénérateurs qui peuvent créer plus de combustible qu’ils n’en consomment.
L’uranium-233 issu du thorium atteint 191 MeV par fission avec environ 2,5 neutrons produits, pour 79 420 000 mégajoules par kilogramme.
Les réserves mondiales qui déterminent la géopolitique de demain
L’uranium : abondant mais inégalement réparti
Les ressources récupérables d’uranium s’élèvent à environ 7,9 millions de tonnes selon les données de 2023. La consommation mondiale en 2025 tourne autour de 68 920 tonnes d’uranium. Les projections pour 2040 vont jusqu’à 150 000 tonnes par an si le nucléaire connaît la renaissance annoncée.
L’Australie domine les réserves avec 1 935 000 tonnes, suivie du Kazakhstan avec 873 000 tonnes et du Canada avec 852 000 tonnes. Mais c’est le Kazakhstan qui domine la production effective avec environ 43% du marché mondial. Cette concentration géographique crée des vulnérabilités stratégiques.
Le thorium : l’alternative mieux distribuée
Les ressources estimées de thorium dépassent 6,3 millions de tonnes. C’est environ 3 à 4 fois plus abondant que l’uranium, et surtout, c’est mieux réparti géopolitiquement.
L’Inde possède des réserves massives, tout comme l’Australie et les États-Unis. Cette répartition plus équilibrée explique pourquoi certains pays voient dans le thorium une voie vers l’indépendance énergétique.
Comment fonctionne le cycle du combustible nucléaire
On distingue deux grandes philosophies industrielles qui reflètent des choix de société différents.
Le cycle ouvert : la simplicité industrielle
Dans le cycle ouvert, le combustible usé est stocké directement sans retraitement. Pour un réacteur à eau pressurisée de 1 gigawatt électrique fonctionnant pendant un an, cela génère 540 kilotonnes de résidus miniers et 28,8 tonnes de combustible usé hautement radioactif.
L’avantage principal est la simplicité industrielle. Pas besoin d’usines de retraitement complexes et coûteuses. L’inconvénient, c’est le volume de déchets à long terme.
Le cycle fermé : recycler pour optimiser
Le cycle fermé retraite le combustible usé par le procédé PUREX pour séparer le plutonium et l’uranium encore valorisables. Le plutonium est ensuite recyclé sous forme de combustible MOX.
Le stockage direct produit 28,8 tonnes de combustible usé par gigawatt et par an avec l’avantage de la simplicité. Le mono-recyclage MOX génère 7 tonnes plus des déchets vitrifiés, mais économise 20% d’uranium naturel. Le multi-recyclage de l’uranium peut descendre à 5,3 tonnes plus déchets avec une valorisation maximale des ressources.
Le cycle fermé réduit par quatre le volume de déchets ultimes, mais augmente la thermicité des résidus, ce qui complique leur gestion à court terme.
Le cycle thorium : la voie alternative prometteuse
Le cycle thorium produit moins d’actinides mineurs, ces éléments radioactifs à très longue durée de vie qui compliquent le stockage géologique. La contamination naturelle par l’uranium-232 rend aussi l’utilisation militaire beaucoup plus difficile, un avantage intéressant en termes de non-prolifération.
Les avantages et limites de chaque combustible
L’uranium enrichi est mature, standardisé, avec une chaîne industrielle complète. Mais il produit des déchets à très longue durée de vie qui posent des questions éthiques sur les générations futures.
Le plutonium MOX permet le recyclage et valorise ce qui serait autrement un déchet. Mais le multi-recyclage reste techniquement limité, et chaque cycle dégrade légèrement les propriétés du combustible.
Le thorium est abondant et produit moins d’actinides mineurs problématiques. Mais la recherche et développement sont encore nécessaires pour industrialiser complètement la filière.
Le HALEU est parfaitement adapté aux SMR et réacteurs de génération IV qui arrivent. Le problème, c’est que la chaîne d’approvisionnement mondiale est encore limitée, créant un goulot d’étranglement.
Le TRISO offre une sécurité thermique extrême qui le rend presque impossible à faire fondre. Mais son coût de fabrication reste élevé avec toutes ces couches protectrices.
Qui domine le marché mondial des combustibles nucléaires
Le marché des combustibles nucléaires couvre toute une chaîne de valeur : extraction, conversion, enrichissement, fabrication, et éventuellement retraitement.
L’extraction dominée par quelques acteurs
Kazatomprom au Kazakhstan contrôle une part massive de la production mondiale. Cameco au Canada et Orano en France complètent le podium des extracteurs majeurs.
L’enrichissement : un oligopole stratégique
Rosatom et Tenex en Russie contrôlent 40 à 50% du marché mondial de l’enrichissement. Urenco possède environ 30%, et Orano 10 à 12%. C’est une concentration impressionnante qui crée des dépendances stratégiques majeures.
La fabrication spécialisée
Orano Melox fabrique le combustible MOX en France. Westinghouse fournit le LEU et développe des solutions pour les SMR. Framatome produit des assemblages combustibles et travaille sur le TRISO. Centrus et BWXT aux États-Unis se concentrent sur le HALEU et les combustibles avancés.
Le thorium et les réacteurs avancés
La Chine avec CNNC et l’Inde avec BARC investissent massivement dans le cycle thorium. Ils voient dans cette technologie une voie vers l’indépendance énergétique à long terme.
La relance nucléaire mondiale et l’émergence des SMR stimulent fortement la demande en HALEU, créant de nouvelles opportunités industrielles.
Le lien fascinant entre fission et fusion nucléaire
La fusion nucléaire ne fonctionne pas avec l’uranium ou le plutonium. C’est une physique complètement différente qui repose sur le deutérium et le tritium, deux isotopes de l’hydrogène.
La réaction deutérium-tritium libère 17,6 MeV par réaction. Ramené à la masse, c’est environ quatre fois plus énergétique par kilogramme que la fission. Quatre fois une densité énergétique déjà colossale.
Le tritium, radioactif et rare, doit être produit via le lithium dans les couvertures tritigènes du réacteur. C’est l’un des nombreux défis techniques à résoudre.
Le projet ITER en France représente l’effort international majeur pour démontrer la faisabilité de la fusion. Mais la fusion reste expérimentale en 2026. Les optimistes parlent de démonstrateurs dans les années 2040. Les réalistes savent que l’incertitude reste énorme.
Vos questions sur les combustibles nucléaires
Quelle est la différence entre uranium enrichi et HALEU ?
L’uranium enrichi classique pour les réacteurs actuels contient 3 à 5% d’uranium-235. Le HALEU monte entre 5% et 20%, offrant une densité énergétique supérieure destinée aux SMR et réacteurs avancés qui ont besoin de plus de puissance dans un volume réduit.
Le thorium peut-il remplacer l’uranium complètement ?
Pas directement et pas du jour au lendemain. Le thorium doit être converti en uranium-233 fissile dans le réacteur, ce qui nécessite des technologies différentes. Il offre un potentiel fascinant mais reste technologiquement en développement. Ce n’est pas un remplacement simple, c’est une alternative qui demande des investissements massifs.
Le combustible MOX est-il vraiment sûr ?
Oui, absolument. Il est utilisé industriellement en France et dans plusieurs autres pays depuis des décennies. Il recycle le plutonium issu du retraitement des combustibles usés. Les normes de sûreté sont identiques, voire plus strictes que pour l’uranium enrichi classique.
Pourquoi le TRISO est-il considéré comme plus sûr ?
Chaque particule TRISO est encapsulée dans plusieurs couches protectrices successives de céramique et de carbone. Elle peut résister à des températures supérieures à 1 600°C sans relâcher de produits de fission radioactifs. C’est de la sécurité passive intrinsèque, qui ne dépend pas de systèmes actifs qui pourraient tomber en panne.
Les réserves d’uranium sont-elles suffisantes pour l’avenir ?
Aux niveaux actuels de consommation, nous avons plusieurs décennies assurées, probablement un siècle avec les réserves identifiées. Mais si on développe les surgénérateurs qui créent plus de combustible qu’ils n’en consomment, on pourrait multiplier par 50 l’utilisation des ressources disponibles. À ce moment-là, les réserves deviennent pratiquement inépuisables à l’échelle humaine.
La fusion remplacera-t-elle la fission un jour ?
À court et moyen terme, non. La fusion reste en phase expérimentale avec d’énormes défis techniques à surmonter. La fission dominera encore plusieurs décennies, probablement jusqu’au milieu du siècle au minimum. La fusion, si elle arrive, complétera la fission plutôt que de la remplacer immédiatement.
Ce que nous disent les combustibles nucléaires sur notre avenir énergétique
Les combustibles nucléaires ne sont pas qu’une question technique. Ils racontent une histoire de choix stratégiques, d’indépendance énergétique, de paris technologiques à long terme.
Certains pays misent sur l’uranium enrichi et le cycle ouvert, privilégiant la simplicité industrielle. D’autres comme la France investissent dans le retraitement et le MOX, acceptant la complexité pour optimiser les ressources. La Chine et l’Inde parient sur le thorium pour s’affranchir des contraintes d’approvisionnement. Les États-Unis développent le HALEU pour leurs futurs SMR.
Qui aura raison ? Probablement tous, à leur manière. L’énergie du 21ème siècle ne sera pas monolithique. Elle combinera plusieurs technologies selon les contextes nationaux, les ressources disponibles, et les choix politiques.
Ce qui est certain, c’est que les combustibles nucléaires, avec leur densité énergétique incomparable, continueront de jouer un rôle majeur dans la transition vers une énergie bas-carbone. La question n’est plus de savoir si, mais comment et avec quelle technologie.
Sources :
- EDF, Uranium et combustible nucléaire (consulté en février 2026),
page pédagogique détaillant les étapes du cycle du combustible nucléaire, de l’extraction de l’uranium à l’assemblage des crayons combustibles utilisés dans les réacteurs, avec des explications sur l’enrichissement, la fabrication et le recyclage du combustible usé. - Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), L’utilisation du combustible nucléaire (consulté en février 2026),
dossier thématique présentant les principes techniques d’utilisation du combustible dans les réacteurs, les standards internationaux de sûreté, ainsi que les enjeux liés à la gestion du combustible irradié et au non-prolifération. - Orano, Combustible nucléaire : ce qu’il faut retenir (consulté en février 2026),
article explicatif synthétisant les caractéristiques du combustible nucléaire, son rôle dans la production d’électricité, les différentes filières technologiques existantes et les stratégies industrielles liées au recyclage et à la valorisation des matières nucléaires.