Une électricité « décarbonée » à un coût raisonnable

L’énergie est et restera tout au long du XXI^e siè­cle un besoin vital, fac­teur de développe­ment et de crois­sance. Les besoins sont en con­stante aug­men­ta­tion. On estime qu’ils seront, en 2030, supérieurs de 50% aux besoins actuels, en lien avec la crois­sance démo­graphique, la crois­sance économique et l’élévation du niveau de vie dans les pays émer­gents. Pour répon­dre à ces besoins, les con­traintes sont fortes et en par­tie con­tra­dic­toires : lim­i­ta­tion des ressources en éner­gies fos­siles, indépen­dance énergé­tique et sécu­rité d’approvisionnement, coût, lim­i­ta­tion des émis­sions de gaz à effet de serre.

REPÈRES
Le nucléaire est attrac­t­if et l’accident de Fukushi­ma n’a pas eu d’impact sig­ni­fi­catif sur ses per­spec­tives d’avenir. L’Allemagne a décidé l’arrêt immé­di­at de sept réac­teurs nucléaires et l’arrêt com­plet de tous ses réac­teurs nucléaires d’ici 2022. La stratégie du Japon reste pru­dente. Aucun autre pays n’a infléchi de manière spec­tac­u­laire sa poli­tique en la matière. Cer­tains ont même relancé leur pro­gramme, comme le Roy­aume-Uni. Depuis Fukushi­ma, dix réac­teurs sont entrés en ser­vice, et la con­struc­tion de treize autres a démar­ré. Au print­emps 2013, soix­ante-huit réac­teurs étaient en con­struc­tion (soix­ante-cinq en mars 2011), et cent soix­ante et un étaient plan­i­fiés (cent cinquante-neuf en 2011).

Sûreté d’abord

D’importants travaux au nom de la sécurité

L’accident de Fukushi­ma n’a pas été ignoré. La grande majorité des pays ayant un pro­gramme nucléaire ont décidé de procéder à des éval­u­a­tions de sûreté très com­plètes sur leurs instal­la­tions, pou­vant con­duire à d’importants travaux et à des évo­lu­tions des règle­ments de sûreté. En France, ces éval­u­a­tions de sûreté, engagées dès 2011, se poursuivent.

Des priorités

Le poids des fossiles
Aujourd’hui, plus de 80% de la con­som­ma­tion d’énergie pri­maire dans le monde repose tou­jours sur les éner­gies fos­siles. Les émis­sions de gaz à effet de serre ont aug­men­té de manière con­sid­érable depuis la révo­lu­tion indus­trielle, et cela s’est encore accru ces dernières années. Les émis­sions de gaz à effet de serre ont crû de 40% entre 1990 et 2009. On observe de manière cor­rélée une aug­men­ta­tion tout aus­si sig­ni­fica­tive de la tem­péra­ture moyenne au niveau mon­di­al. Or, les prin­ci­paux con­tribu­teurs aux émis­sions de gaz à effet de serre sont pré­cisé­ment les éner­gies fossiles.

Sur le plan de la recherche et du développe­ment, l’accident de Fukushi­ma n’a mis en évi­dence aucun champ non abor­dé dans le domaine de la sûreté. Il a toute­fois con­duit à met­tre la pri­or­ité sur dif­férents aspects.

En matière de préven­tion des acci­dents, séismes en par­ti­c­uliers, il faut amélior­er la com­préhen­sion et la sim­u­la­tion de la réponse des struc­tures, éval­uer les marges exis­tantes vis-à- vis de la ruine. En matière d’accidents graves, il faut con­solid­er la con­nais­sance de la répar­ti­tion de l’hydrogène et mod­élis­er les proces­sus de développe­ment de l’explosion.

Con­cer­nant le trans­port des pro­duits de fis­sion, il faut com­pléter les acquis avec des études sur le com­bustible « mox » et pré­cis­er les phénomènes de dépôt et de « revolatil­i­sa­tion ». Des études sur le cori­um s’imposent : com­porte­ment du cori­um, exa­m­en des sys­tèmes de mit­i­ga­tion, mod­éli­sa­tion des con­séquences d’une explo­sion de vapeur sur les structures.

Continuer à innover

L’installation Mis­tra à Saclay, dédiée à l’étude du risque hydrogène. © CEA

Pour préserv­er son attrac­tiv­ité et per­me­t­tre à la France de con­serv­er un rôle mon­di­al dans le domaine du nucléaire, y com­pris en vue de gag­n­er des marchés, il est indis­pens­able de con­tin­uer à innover. C’est pourquoi la recherche à long terme porte sur des sys­tèmes inno­vants, en rup­ture tech­nologique forte par rap­port au nucléaire actuel : les réac­teurs de 4^e généra­tion, qui com­pléteront pro­gres­sive­ment, sur des échelles de temps longues, les réac­teurs de 2^e et de 3^e génération.

Une collaboration entre treize pays

Ces recherch­es s’effectuent dans un cadre inter­na­tion­al, le Forum Généra­tion IV, qui regroupe treize pays sig­nataires d’un accord inter­gou­verne­men­tal. Six fil­ières ont été iden­ti­fiées dans le cadre de ce forum, trois à neu­trons lents, trois à neu­trons rapi­des. Elles ont été définies selon qua­tre critères : dura­bil­ité, sûreté, com­péti­tiv­ité économique et résis­tance à la prolifération.

Table vibrante Aza­lée de l’installation Tamaris à Saclay, dédiée à l’étude du risque sis­mique. © P. STROPPA/CEA

Les filières à neutrons rapides

La France a fait le choix de priv­ilégi­er les fil­ières à neu­trons rapi­des qui présen­tent des atouts déter­mi­nants. Elles ont la capac­ité de recy­cler tout le plu­to­ni­um sans lim­i­ta­tion du nom­bre de recy­clages, per­me­t­tant ain­si d’avoir un cycle totale­ment fermé.

Des recherch­es menées dans un cadre international

Elles appor­tent une excel­lente util­i­sa­tion de la ressource en ura­ni­um et en par­ti­c­uli­er de l’uranium dit « appau­vri », déjà présent en France et ne néces­si­tant donc plus du tout d’approvisionnement en ura­ni­um naturel. Elles débar­rassent les déchets ultimes des com­posants les plus nocifs sur le long terme (trans­mu­ta­tion).

Les études réal­isées ont d’ores et déjà per­mis d’établir que la trans­mu­ta­tion de l’américium et du curi­um con­tribue à réduire la radiotox­i­c­ité à long terme des déchets ultimes d’un fac­teur cent environ.

En out­re, la réduc­tion de la charge ther­mique des déchets après trans­mu­ta­tion de l’américium per­met de réduire de manière sig­ni­fica­tive l’emprise du stock­age (de l’ordre d’un fac­teur 5 à 10 pour les seuls déchets de haute activité).

Refroidir au gaz ou au sodium

Mur d’images de la DEN (Direc­tion de l’énergie nucléaire) à Saclay : mod­éli­sa­tion pour la con­cep­tion de réac­teurs de 4^e généra­tion refroidis au sodium.
© CEA

La France a décidé de tra­vailler sur deux fil­ières à neu­trons rapi­des, avec comme flu­ides calo­por­teurs le gaz et le sodi­um, sur des échelles de temps différentes.

Les réac­teurs à neu­trons rapi­des refroidis au gaz sont une option à long terme. Le CEA est parte­naire asso­cié d’un con­sor­tium con­sti­tué par des pays d’Europe cen­trale (République tchèque, Hon­grie, Slo­vaquie, Pologne) qui porte un pro­jet de réac­teur expéri­men­tal bap­tisé Alle­gro, présen­tant un poten­tiel intéres­sant mais pour lequel il reste des ver­rous tech­nologiques impor­tants à lever dans le domaine des matéri­aux, du com­bustible réfrac­taire et de la sûreté.

Les réac­teurs à neu­trons rapi­des refroidis au sodi­um sont actuelle­ment la fil­ière de référence étudiée par la France en rai­son de leur plus grande matu­rité tech­nologique, résul­tant du retour d’expérience des réac­teurs expéri­men­taux français et des réac­teurs en exploita­tion en Russie et en Inde, ain­si que des réac­teurs qui ont fonc­tion­né dans le monde (au Japon et aux États-Unis).

Une nouvelle génération

Réduire le coût et faciliter l’inspection et la réparation

Le pro­jet Astrid est mené par le CEA en col­lab­o­ra­tion avec de nom­breux parte­naires indus­triels (EDF, Are­va, Bouygues, Alstom, Astri­um, Toshi­ba, Comex nucléaire, Jacobs, Rolls Royce) et en col­lab­o­ra­tion inter­na­tionale (Inde, Japon, Russie, Corée du Sud, Chine, États-Unis, Union européenne). Il est en phase d’avant-projet sommaire.

Un marché mondial
La France n’est pas la seule à tra­vailler sur cette tech­nolo­gie, par­mi les pays con­fron­tés à une aug­men­ta­tion forte de leurs besoins énergé­tiques et con­scients du poten­tiel offert par les réac­teurs à neu­trons rapi­des refroidis au sodi­um, de qua­trième généra­tion. L’Inde et la Chine, mais aus­si la Russie, ont pour stratégie de s’en dot­er le plus rapi­de­ment pos­si­ble, dès 2035. Le marché pour ce type de réac­teurs existe, il est mon­di­al, la France veut-elle con­quérir ces marchés ?

Défi sci­en­tifique et tech­nologique, il se dis­tingue totale­ment des réac­teurs à neu­trons rapi­des des généra­tions précé­dentes (Phénix, Super­phénix) et des réac­teurs de ce type actuelle­ment en fonc­tion­nement dans le monde, tout en béné­fi­ciant du retour d’expérience de leur exploita­tion ain­si que des out­ils du XXI^e siè­cle en ter­mes de con­cep­tion, de mod­éli­sa­tion et de cal­cul, de méth­odes analytiques.

Sa con­cep­tion et la recherche asso­ciée intè­grent des axes forts de dif­féren­ci­a­tion tech­nologique, en par­ti­c­uli­er en ter­mes de sûreté : réac­tiv­ité des cœurs, inter­ac­tions sodi­um-eau et sodi­um-air, prob­lé­ma­tiques liées au cori­um, évac­u­a­tion de la puis­sance résiduelle.

Mais aus­si sim­pli­fi­ca­tion du sys­tème afin de réduire le coût d’investissement et de faciliter l’inspection et la répa­ra­tion en ser­vice en inté­grant ces aspects dès la conception.

Recycler le plutonium

Les études por­tent égale­ment sur le cycle du com­bustible asso­cié, domaine d’excellence de la France, qui est la seule au niveau mon­di­al à le maîtris­er dans son ensem­ble. Il s’agit de con­cevoir le com­bustible spé­ci­fique à la tech­nolo­gie des réac­teurs à neu­trons rapi­des, en y inté­grant le recy­clage du plutonium.

Vue en coupe de l’îlot nucléaire et de la salle des machines du démon­stra­teur tech­nologique Astrid. © CEA

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