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 I^nde, 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 (I^nde, 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’I^nde 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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