Nearly everyone in the world is part of some community, whether large or small. And all of these communities have similar needs. They need light, they need heat they need air-conditioning. People can't function very well when it's too hot or too cold. They need food to be grown or provided, distributed and stored safely. They need waste products to be collected, removed and processed. People in the community need to be able to get from one place to another as quickly as possible. And a supply of energy is the basis for all of these activities. Energy in the form of electricity provides light and air-conditioning. Energy in the form of heat keeps us warm. And energy in chemical form provides fertilizer; it drives farm machinery and transportation energy.
Presque tout le monde fait partie d'une communauté, qu'elle soit grande ou petite. Et toutes ces communautés ont des besoins similaires. Elles ont besoin de lumière, de chaleur, de climatisation. Les gens ne fonctionnent pas bien s'il fait trop chaud ou trop froid. Ils ont besoin qu'on cultive, distribue et stock en sécurité, la nourriture. Ils ont besoin qu'on ramasse, enlève et traite leurs déchets. Les habitants doivent pouvoir aller d'un lieu à un autre aussi vite que possible. L'approvisionnement en énergie est la base de toutes ces activités. L'énergie sous forme d'électricité fournit lumière et climatisation. L'énergie sous forme de chaleur nous garde au chaud. Et l'énergie sous forme chimique fournit l'engrais, elle alimente la machinerie agricole et les transports.
Now, I spent 10 years working at NASA. In the beginning of my time there in 2000, I was very interested in communities. But this is the kind of community I was thinking of -- a lunar community It had all of the same needs as a community on Earth would have, but it had some very unique constraints. And we had to think about how we would provide energy for this very unique community. There’s no coal on the Moon. There's no petroleum. There’s no natural gas. There's no atmosphere. There’s no wind, either. And solar power had a real problem: the Moon orbits the Earth once a month. For two weeks, the sun goes down, and your solar panels don't make any energy. If you want to try to store enough energy in batteries for two weeks, it just simply isn't practical. So nuclear energy was really the only choice.
J'ai travaillé 10 ans à la NASA. À mes débuts en 2000, j'étais très intéressé par les communautés. Mais voilà le genre de communauté auquel je pensais : une communauté lunaire. Elle aurait les mêmes besoins qu'une communauté terrestre, mais elle aurait quelques contraintes particulières. Il faut réfléchir à comment fournir de l'énergie à cette communauté particulière. Il n'y a pas de charbon sur la Lune. Il n'y a pas de pétrole. Il n'y a pas de gaz naturel. Il n'y a pas d'atmosphère. Ni même de vent. Et l'énergie solaire pose un vrai problème : la Lune fait le tour de la Terre une fois par mois. Pendant deux semaines, le soleil est couché, et des panneaux solaires ne produiraient rien. Stocker de l'énergie pour deux semaines est juste infaisable. Donc l'énergie nucléaire serait la seule option.
Now, back in 2000, I didn't really know too much about nuclear power, so I started trying to learn. Almost all of the nuclear power we use on Earth today uses water as a basic coolant. This has some advantages, but it has a lot of disadvantages. If you want to generate electricity, you have to get the water a lot hotter than you normally can. At normal pressures, water will boil at 100 degrees Celsius. This isn't nearly hot enough to generate electricity effectively. So water-cooled reactors have to run at much higher pressures than atmospheric pressure. Some water-cooled reactors run at over 70 atmospheres of pressure, and others have to run at as much as 150 atmospheres of pressure. There's no getting around this; it's simply what you have to do if you want to generate electricity using a water-cooled reactor. This means you have to build a water-cooled reactor as a pressure vessel, with steel walls over 20 centimeters thick. If that sounds heavy, that's because it is.
En 2000, je ne connaissais pas grand-chose à l'énergie nucléaire, donc j'ai commencé à me former. Presque toute notre énergie nucléaire sur Terre utilise de l'eau comme liquide de refroidissement. Ça a des avantages, mais aussi beaucoup d'inconvénients. Si on veut générer de l'électricité, on doit chauffer l'eau plus qu'il n'est possible. À pression normale, l'eau bout à 100° C. Ce n'est pas assez chaud pour générer de l'électricité efficacement. Donc les réacteurs refroidis à l'eau fonctionnent à des pressions supérieures à la pression atmosphérique. Certains de ces réacteurs marchent à plus de 70 fois la pression atmosphérique, et d'autres fonctionnent à 150 fois la pression atmosphérique. Il n'y a pas d'autre moyen. C'est la seule façon de générer de l'électricité dans un réacteur refroidi à l'eau. Donc un réacteur refroidi à l'eau se construit comme un réservoir sous-pression avec des parois en acier de plus de 20 cm d'épaisseur. Si ça paraît lourd, c'est parce que ça l'est.
Things get a lot worse if you have an accident where you lose pressure inside the reactor. If you have liquid water at 300 degrees Celsius and suddenly you depressurize it, it doesn't stay liquid for very long; it flashes into steam. So water-cooled reactors are built inside of big, thick concrete buildings called containment buildings, which are meant to hold all of the steam that would come out of the reactor if you had an accident where you lost pressure. Steam takes up about 1,000 times more volume than liquid water, so the containment building ends up being very large, relative to the size of the reactor.
Et les choses empirent s'il y a un accident, avec une perte de pression dans le réacteur. Si vous avez de l'eau liquide à 300°C et que vous la dépressurisez soudainement, elle ne reste pas liquide très longtemps, elle s'évapore. Donc les réacteurs refroidis à l'eau sont dans d'épais bâtiments de béton : les enceintes de confinement, qui sont censées retenir toute la vapeur qui s'échapperait du réacteur dans le cas d'un accident de perte de pression. La vapeur a un volume 1 000 fois plus important que l'eau liquide, donc l'enceinte de confinement finit par être très grande, comparée à la taille du réacteur.
Another bad thing happens if you lose pressure and your water flashes to steam. If you don't get emergency coolant to the fuel in the reactor, it can overheat and melt. The reactors we have today use uranium oxide as a fuel. It's a ceramic material similar in performance to the ceramics we use to make coffee cups or cookware or the bricks we use to line fireplaces. They're chemically stable, but they're not very good at transferring heat. If you lose pressure, you lose your water, and soon your fuel will melt down and release the radioactive fission products within it.
Il y a un autre problème, si la pression diminue et que l'eau s'évapore : sans refroidissement de secours pour le combustible dans le réacteur, il peut surchauffer et fondre. Les réacteurs aujourd'hui utilisent de l'oxyde d'uranium comme carburant. C'est une céramique avec une performance similaire aux céramiques utilisées pour faire les ustensiles de cuisine, ou les briques qui tapissent les cheminées. Chimiquement stables, elles ne transmettent pas bien la chaleur. Si on perd la pression, on perd l'eau, et le carburant fond peu après et libère des produits de fission radioactifs.
Making solid nuclear fuel is a complicated and expensive process. And we extract less than one percent of the energy for the nuclear fuel before it can no longer remain in the reactor. Water-cooled reactors have another additional challenge: they need to be near large bodies of water, where the steam they generate can be cooled and condensed. Otherwise, they can't generate electrical power. Now, there's no lakes or rivers on the Moon, so if all of this makes it sound like water-cooled reactors aren't such a good fit for a lunar community, I would tend to agree with you.
Faire du carburant nucléaire solide est un processus compliqué et coûteux. Et on extrait moins d'1% de l'énergie du carburant nucléaire avant qu'il ne faille le sortir du réacteur. Les réacteurs refroidis à l'eau ont un autre problème : ils doivent être près de grandes étendues d'eau, où la vapeur qu'ils génèrent peut être refroidie et condensée. Sinon, ils ne peuvent pas générer d'électricité. Mais la Lune n'a pas de lacs ou de rivières. Donc si tout ceci vous fait vous dire que ces réacteurs ne sont pas idéaux pour la communauté lunaire, je suis plutôt d'accord avec vous. (Rires)
(Laughter)
Par chance, j'ai pu étudier une autre forme d'énergie nucléaire
I had the good fortune to learn about a different form of nuclear power that doesn't have all these problems, for a very simple reason: it's not based on water-cooling, and it doesn't use solid fuel. Surprisingly, it's based on salt.
qui ne présente pas ces problèmes, pour une raison simple : elle n'utilise pas de refroidissement à l'eau ni de carburant solide. Étonnamment, elle est basée sur le sel.
One day, I was at a friend's office at work, and I noticed this book on the shelf, "Fluid Fuel Reactors." I was interested and asked him if I could borrow it. Inside that book, I learned about research in the United States back in the 1950s, into a kind of reactor that wasn't based on solid fuel or on water-cooling. It didn't have the problems of the water-cooled reactor, and the reason why was pretty neat. It used a mixture of fluoride salts as a nuclear fuel, specifically, the fluorides of lithium, beryllium, uranium and thorium. Fluoride salts are remarkably chemically stable. They do not react with air and water. You have to heat them up to about 400 degrees Celsius to get them to melt. But that's actually perfect for trying to generate power in a nuclear reactor.
Un jour, dans le bureau d'un ami, j'ai vu un livre sur l'étagère : « Les réacteurs à carburant liquide », ça m'a intéressé et je le lui ai emprunté. Dans ce livre, j'ai découvert la recherche menée par les USA dans les années 50, sur un réacteur qui ne fonctionne pas au carburant solide, ni au refroidissement à l'eau. Il n'a pas les problèmes du réacteur refroidi à l'eau et la solution est plutôt habile : il utilise un mélange de sels de fluor comme carburant nucléaire. En particulier des fluors de lithium : béryllium, uranium et thorium. Les sels de fluor sont très stables chimiquement. Ils ne réagissent ni avec l'air ni avec l'eau. Il faut les chauffer jusqu'à 400°C pour qu'ils fondent. Mais c'est idéal pour générer de l'énergie dans un réacteur nucléaire
Here's the real magic: they don't have to operate at high pressure. And that makes the biggest difference of all. This means they don't have to be in heavy, thick steel pressure vessels, they don't have to use water for coolant and there's nothing in the reactor that's going to make a big change in density, like water. So the containment building around the reactor can be much smaller and close-fitting. Unlike the solid fuels that can melt down if you stop cooling them, these liquid fluoride fuels are already melted, at a much, much lower temperature. In normal operation, you have a little plug here at the bottom of the reactor vessel. This plug is made out of a piece of frozen salt that you've kept frozen by blowing cool gas over the outside of the pipe. If there's an emergency and you lose all the power to your nuclear power plant, the little blower stops blowing, the frozen plug of salt melts, and the liquid fluoride fuel inside the reactor drains out of the vessel, through the line and into another vessel called a drain tank. Inside the drain tank, it's all configured to maximize the transfer of heat, so as to keep the salt passively cooled as its heat load drops over time. In water-cooled reactors, you generally have to provide power to the plant to keep the water circulating and to prevent a meltdown, as we saw in Japan. But in this reactor, if you lose the power to the reactor, it shuts itself down all by itself, without human intervention, and puts itself in a safe and controlled configuration.
Et voilà la solution : ils n'ont pas besoin de pression élevée. Et ça fait toute la différence. Ça signifie qu'ils n'ont pas besoin de gros réservoirs en métal sous pression, ni d'eau de refroidissement, et il n'y a rien dans le réacteur qui peut changer de densité, comme l'eau. Donc l'enceinte de confinement autour du réacteur peut être bien plus petite et ajustée. Les combustibles solides fondent si on ne les refroidit pas, mais ces carburants de fluor liquides sont déjà fondus à une température bien plus basse. En temps normal, on a un petit bouchon ici, sous le réacteur nucléaire. Ce bouchon est fait d'un bout de sel congelé qu'on garde gelé en soufflant du gaz froid sur l'extérieur du tuyau. En cas d'urgence, si l'on perd l'énergie de la centrale électrique, le petit ventilateur cesse de souffler, le bouchon de sel gelé fond, et le fluor liquide utilisé à l'intérieur du réacteur glisse hors réservoir par ce trou vers une autre enceinte appelée réservoir de drainage. Dans ce réservoir, tout est configuré pour avoir un bon transfert de chaleur, pour laisser le sel refroidir seul, car sa charge thermique diminue avec le temps. Dans un réacteur refroidi à l'eau, on doit fournir de l'énergie à la centrale pour faire circuler l'eau et empêcher une fusion, comme on l'a fait au Japon. Mais dans notre réacteur, si on perd l'alimentation du réacteur, il s'éteint seul, spontanément, sans intervention humaine, et passe en mode contrôlé et sécurisé.
Now, this was sounding pretty good to me, and I was excited about the potential of using a liquid fluoride reactor to power a lunar community. But then I learned about thorium, and the story got even better. Thorium is a naturally occurring nuclear fuel that is four times more common in the Earth's crust than uranium. It can be used in liquid fluoride thorium reactors to produce electrical energy, heat and other valuable products. It's so energy-dense that you could hold a lifetime supply of thorium energy in the palm of your hand. Thorium is also common on the Moon and easy to find. Here's an actual map of where the lunar thorium is located. Thorium has an electromagnetic signature that makes it easy to find, even from a spacecraft.
Donc, ça me semblait plutôt positif, et j'étais excité par le potentiel d'utilisation de ces réacteurs pour une communauté lunaire. Mais quand j'ai entendu parler du thorium, c'était encore mieux. Le thorium est un carburant nucléaire naturel, quatre fois plus présent dans la croûte terrestre que l'uranium. On peut l'utiliser dans les réacteurs au thorium fluoré liquide pour produire de l'électricité, de la chaleur et d'autres choses utiles. Il est si riche en énergie qu'on pourrait contenir un siècle de stock d'énergie dans la paume de la main. C'est aussi fréquent sur la Lune et facile à trouver. Voilà une carte des gisements de thorium lunaire. Sa signature électromagnétique le rend facile à trouver même depuis l'espace.
With the energy generated from a liquid fluoride thorium reactor, we could recycle all of the air, water and waste products within the lunar community. In fact, doing so would be an absolute requirement for success. We could grow the crops needed to feed the members of the community even during the two-week lunar night, using light and power from the reactor. It seemed like the liquid fluoride thorium reactor, or LFTR, could be the power source that could make a self-sustainable lunar colony a reality.
Avec l'énergie générée par un réacteur au fluorure de thorium liquide, on pourrait recycler tout l'air, l'eau et les déchets de la communauté lunaire. Ce qui est évidemment nécessaire au succès d'une telle mission. On pourrait cultiver les récoltes pour nourrir la communauté, même durant les deux semaines de nuit lunaire, avec à la lumière et l'énergie du réacteur. Le réacteur au fluorure de thorium liquide, ou LFTR, semble être la solution en énergie pour une future colonie lunaire autonome. Mais j'avais une autre question :
But I had a simple question: If it was such a great thing for a community on the Moon, why not a community on the Earth, a community of the future, self-sustaining and energy-independent? The same energy generation and recycling techniques that could have a powerful impact on surviving on the Moon could also have a powerful impact on surviving on the Earth. Right now, we're burning fossil fuels because they're easy to find and because we can. Unfortunately, they're making some parts of our planet look like the Moon. Using fossil fuels entangles us in conflict in unstable regions of the world and costs money and lives.
si, pour la communauté lunaire, c'était la solution idéale, pourquoi pas aussi pour une communauté terrestre, futuriste, autonome et indépendante ? Les mêmes techniques de production et de recyclage de l'énergie, dont l'effet serait marquant pour la survie sur la Lune, pourraient aussi avoir un effet puissant sur la survie sur Terre. Ici, on utilise l'énergie fossile parce qu'on sait la trouver et qu'on le peut. Hélas, ils donnent l'air lunaire à certaines parties de notre Terre. Utiliser ces carburants entraîne des conflits dans des régions du monde instables et nous coûte de l'argent et des vies.
Things could be very different if we were using thorium. You see, in a LFTR, we could use thorium about 200 times more efficiently than we're using uranium now. And because the LFTR is capable of almost completely releasing the energy in thorium, this reduces the waste generated over uranium by factors of hundreds, and by factors of millions over fossil fuels. We're still going to need liquid fuels for vehicles and machinery, but we could generate these liquid fuels from the carbon dioxide in the atmosphere and from water, much like nature does. We could generate hydrogen by splitting water and combining it with carbon harvested from CO2 in the atmosphere, making fuels like methanol, ammonia, and dimethyl ether, which could be a direct replacement for diesel fuels. Imagine carbon-neutral gasoline and diesel, sustainable and self-produced.
Cela pourrait être différent si on utilisait le thorium. Dans un LFTR, on peut utiliser le thorium 200 fois plus efficacement que l'uranium actuellement. Et parce que le LFTR libère presque toute l'énergie du thorium, ça divise par des centaines les déchets générés par l'uranium, et par des millions ceux des carburants fossiles. On aura toujours besoin de carburant pour nos véhicules et machines, mais on pourrait le générer à partir du CO2 de l'atmosphère et à partir de l'eau, comme dans la nature. On pourrait générer l'hydrogène en fractionnant l'eau et en la combinant avec le carbone issu du CO2 dans l'atmosphère, créant des carburants comme le méthanol, l'ammonium, et le méthoxy-méthane, qui remplaceraient directement nos carburants diesels. Imaginez du gazole et du diesel neutres en carbone, renouvelables et auto-produits.
Do we have enough thorium? Yes, we do. In fact, in the United States, we have over 3,200 metric tons of thorium that was stockpiled 50 years ago and is currently buried in a shallow trench in Nevada. This thorium, if used in LFTRs, could produce almost as much energy as the United States uses in three years. And thorium is not a rare substance, either. There are many sites like this one in Idaho, where an area the size of a football field would produce enough thorium each year to power the entire world.
Avons-nous assez de thorium ? Oui. En fait, aux USA, on a plus de 3 200 tonnes de thorium qui ont été amassées il y a 50 ans, et qui sont enterrées dans une petite fosse au Nevada. Ce thorium, s'il était utilisé dans les LFTRs, produirait presque autant d'énergie que ce qu'utilisent les USA en trois ans. Et le thorium n'est pas quelque chose de rare. Il y a des sites comme celui-là en Idaho, où l'équivalent d'un terrain de football produirait assez de thorium par an pour fournir toute la Terre.
Using liquid fluoride thorium technology, we could move away from expensive and difficult aspects of current water-cooled, solid-fueled uranium nuclear power. We wouldn't need large, high-pressure nuclear reactors and big containment buildings that they go in. We wouldn't need large, low-efficiency steam turbines. We wouldn't need to have as many long-distance power transmission infrastructure, because thorium is a very portable energy source that can be located near to where it is needed. A liquid fluoride thorium reactor would be a compact facility, very energy-efficient and safe, that would produce the energy we need day and night, and without respect to weather conditions. In 2007, we used five billion tons of coal, 31 billion barrels of oil and five trillion cubic meters of natural gas, along with 65,000 tons of uranium to produce the world's energy. With thorium, we could do the same thing with 7,000 tons of thorium that could be mined at a single site.
En utilisant la technologie du LFTR, on peut dépasser les aspects complexes et chers des centrales nucléaires actuelles à l'uranium, refroidies à l'eau. On n'aurait plus besoin des réacteurs nucléaires sous pression et de leurs larges enceintes de confinement. Ni même des grosses turbines à vapeur à faible rendement. On n'aurait plus besoin d'autant d'infrastructures de transport d'énergie, parce que le thorium est facilement transportable et peut être stocké près de là où il est nécessaire. Un LFTR serait un bâtiment compact, avec un bon rendement énergétique et sûr, qui produirait notre énergie, jour et nuit, indépendamment des conditions météo. En 2007, on a consommé cinq milliards de tonnes de charbon, 31 milliards de barils de pétrole, 5 000 milliards de mètres cubes de gaz naturel, et 65 000 tonnes d'uranium, pour produire l'énergie du monde. Avec le thorium, on peut faire autant avec 7 000 tonnes de thorium extraites d'un seul site.
If all this sounds interesting to you, I invite you to visit our website, where a growing and enthusiastic online community of thorium advocates is working to tell the world about how we can realize a clean, safe and sustainable energy future, based on the energies of thorium.
Si vous trouvez tout ça intéressant, je vous invite à visiter notre site, où une communauté croissante et enthousiaste de défenseurs du thorium s'active pour dire au monde entier comment on peut produire une énergie propre, sûre, et durable, à l'aide des énergies du thorium.
Thank you very much. (Applause)
Merci beaucoup.