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L'énergie
nucléaire de IVe Génération
par
Jean-Paul Baquiast
26 juillet 2005 |
Un
consensus semble progressivement s'établir,
en Europe comme dans le reste du monde, sur la nécessité
de définir dès maintenant les phases scientifiques
et industrielles permettant d'assurer le remplacement
des réacteurs installés depuis une quarantaine
d'années et arrivant dans leurs dernières
années ou décennies de fonctionnement. Il
s'agit d'un élément politique, économique
et scientifique majeur, dont on n'a pas suffisamment, en
France non plus qu'en Europe, noté l'importance,
ni envisagé en pleine transparence les conséquences
à en tirer. Nous examinerons dans cette note les
bases de ce consensus, ainsi que les propositions des experts
français et américains (ces derniers soutenus
pleinement par leur gouvernement) pour en tirer parti.
Consensus
sur les 50 prochaines années
Ce
consensus repose sur les bases suivantes :
- L'énergie nucléaire est indispensable
pour faire face à ce qui est désormais présenté
comme le plus grand risque que courra l'humanité
durant les prochains siècles, c'est-à-dire
le réchauffement de la température du globe
lié à l'émission de gaz à
effet de serre. Il s'agit d'un changement majeur dans l'approche
des "conservationnistes", c'est-à-dire
des protecteurs des équilibres naturels. Il oblige
à remettre radicalement en cause les mots d'ordre
des lobbies anti-nucléaires, sauf lorsque ceux-ci
insistent sur la nécessité de veiller plus
que jamais à la sécurité des exploitations.
Les risques présentés par l'énergie
nucléaire, que personne ne nie, sont sans communes
mesures avec ceux découlant de l'usage toujours
accru de carburants fossiles. Ils sont par ailleurs( sauf
détérioration complètes des organisations
sociétales) bien plus facilement maîtrisables.
Ceci veut dire que face au slogan traditionnel de certains
Verts, « Sortir du nucléaire », il faut
substituer celui de « Sortir au plus vite du pétrole
et du charbon ».
- Mais investir dans le nucléaire ne signifiera pas
renoncer aux énergies dites douces non plus qu'aux
économies d'énergie. La crise de l'énergie
devient telle, au niveau mondial, que ces dernières
doivent aussi faire l'objet d'investissements,
en faisant appel aux technologies émergentes susceptibles
de rendre enfin rentables les sources alternatives. On peut
penser que dans l'avenir (sans prendre en compte les
apports éventuels de l'énergie de fusion)
le nucléaire pourra satisfaire 40 à 50% des
besoins, les énergies renouvelables 30 à 40%
de ceux-ci, le reste étant assuré par ce qui
restera du pétrole et du charbon.
- Il n'est pas souhaitable, même dans l'immédiat,
de renouveler les tranches existantes ou d'en mettre
en place de nouvelles en utilisant la technologie actuelle,
même optimisée. Il faut envisager des solutions
innovantes. En simplifiant beaucoup, on dira que pour les
10 à 20 prochaines années, il s'agira
de remplacer les réacteurs à eau légère
anciens ou récents (tels les modèles N4 français
et KONVOI allemands) par des réacteurs à eau
pressurisée (REP) tels que ceux étudiés
en coopération par Framatome (FR) et Siemens (DE)
et présenté sous le nom de EPR aux autorités
nucléaires mondiales. Ce type de réacteur
de la classe des 1600 MWe. bénéficie du retour
d'expérience de plusieurs milliers d'années/réacteur
d'exploitation des réacteurs à eau légère
en service dans le monde, Il présente de nombreuses
améliorations que nous ne détaillerons pas
ici.
- A partir de 2015, il conviendra cependant d'envisager
le passage à des matériels sensiblement différents,
capables notamment de produire non seulement de l'électricité
mais de l'hydrogène destiné aux transports
et à la consommation domestique. Ces réacteurs
devront de plus assurer une réduction considérable
de la production de déchets non retraitables. Mais
les technologies actuelles ne permettent pas, notamment,
de disposer de matériaux capables de résister
aux hautes températures, hautes pressions, hauts
niveaux de radiation et réactions chimiques mal maîtrisées
régnant dans le cœur. Il a donc été
décidé de lancer dès maintenant un
programme de recherche qualifié de Programme pour
la Génération IV. Un Forum international a
été mis en place rassemblant les Etats dotés
d'une industrie nucléaire afin de s'y
attaquer en coopération.
- Enfin, à partir de 2050, si le réacteur
expérimental à fusion Iter tient ses promesses,
on pourra progressivement envisager la réalisation
de centrales utilisant cette technologie. On notera que
les difficultés, concernant notamment la résistance
des matériaux, qui auront été résolues,
comme on doit l'espérer, dans le Programme
IVe Génération, serviront à résoudre
celles déjà pressenties pour le confinement
du processus de fusion. Iter, vu son coût, sera lui
aussi développé très largement en coopération
avec les Etats soucieux de rester dans la course aux énergies
de remplacement du pétrole.
- Enfin, même si cela n'est pas dit clairement dans
les communications destinées au grand public, les experts
s'accordent à reconnaître que la coopération
scientifique entre pays dotés d'une industrie nucléaire
pour réaliser la Génération IV et Iter
ne signifiera pas absence de compétition. Même
si cette coopération s'établit dans des conditions
loyales, comme il faut l'espérer, une guerre industrielle
et économique jamais rencontrée, y compris dans
le domaine de l'accès au pétrole, est déjà
engagée pour tirer profit des nouveaux besoins et des
nouveaux marchés. Ces marchés consisteront d'abord
à rééquiper ou à compléter
l'équipement des pays déjà fortement
nucléarisés, notamment les Etats-Unis et les
pays européens, France en tête, sans oublier
la Russie. Mais il s'agira surtout d'assurer l'équipement
des pays grands consommateurs d'énergie fossile et
désireux d'y substituer l'énergie de l'atome,
Chine, Inde, Corée du Sud, pays d'Amérique Latine
et autres pays émergents. Ceux-ci voudront maîtriser
l'essentiel de la satisfaction de leurs besoins, voire se
donner la possibilité d'exporter. Cependant, dans l'immédiat
et ce sans doute pendant plusieurs décennies, ils seront
obligés de passer des commandes aux pays occidentaux
et au Japon, avec transfert de technologie à la clef.
Ce n'est pas faire preuve de cynisme qu'affirmer
que le lobby politico-nucléaire américain
est d'ores et déjà décidé
à éliminer ou réduire à la portion
congrue l'offre pourtant hautement qualifiée
que la France, alliée si possible à d'autres
Etats de l'Union, pourra faire dans le domaine des
nouvelles générations de centrales. Inutile
de dire que les affrontements se régleront, non pas
en fonction des principes du libéralisme concurrentiel,
mais en fonction de luttes stratégiques où
les Etats auront le rôle essentiel à jouer.
Le
point de vue de la Société française
de l'Energie Nucléaire (SFEN, www.sfen.org/)
Pour
préciser ce que pourront être dans l'avenir les
perspectives ouvertes à l'industrie et au gouvernement
français (perspectives d'ailleurs peu différentes
de celles s'offrant aux pays européens acceptant d'investir
dans le nucléaire), il est intéressant de se
référer aux
conclusions d'une conférence tenue par la SFEN en avril
2004 sur le thème Nucléaire du XXIe siècle,
Réacteurs et cycles du combustible de 4e génération.
Constatons que l'industrie nucléaire française,
sans doute soucieuse de ne pas s'attirer les critiques des
écologistes, n'a pas donné beaucoup de publicité
à ces propos, pourtant du plus haut intérêt
et méritant d'être discutés avec objectivité.
Ces conclusions étaient les suivantes, telles que nous
les ré-interprétons ici pour une meilleure information
du lecteur:
-
Dans un contexte de forte demande énergétique,
où toutes les sources d'énergie seront
nécessaires pour satisfaire les besoins en énergie
primaire à l'échelle mondiale, le Forum
Generation IV (précité ci-dessus) constitue
le cercle de réflexion international le plus actif
pour définir le cahier des charges du nucléaire
après 2030, et pour sélectionner les technologies
les mieux à même de satisfaire ce cahier des
charges.
- Les critères de la sélection des réacteurs
nucléaires ne sont plus les mêmes que ceux
qui ont prévalu lors de leur grand déploiement
dans les années 70. Il s'agissait alors de fournir
en urgence de l'énergie électrique pour faire
face aux chocs pétroliers. Cette urgence n'avait
pas conduit à sous-estimer comme en URSS les risques,
mais néanmoins différentes options prises
alors ne sont plus reconductibles, tant au plan technique
qu'économique, ou en ce qui concerne les déchets.
Les enjeux du nucléaire de 4e génération
sont différents et seuls à même de permettre
un développement énergétique durable
à l'échelle de la planète.
-
Il faut aujourd'hui rechercher un nucléaire qui s'inscrive
dans une durée séculaire (non exclusive cependant
de l'arrivée de la fusion en fin de période),
avec des cycles du combustible utilisant au mieux les ressources
fissiles, et produisant un minimum de déchets. La
sécurité des réacteurs doit être
encore accrue, notamment pour faire face aux nouveaux risques
(attentats par voie aérienne notamment). Enfin le
champ des applications doit être élargi au-delà
de la production d'électricité et permettre
notamment la production d'hydrogène. On rappellera
à cet égard que l'énergie-Hydrogène
prônée par certains économistes (notamment
Jeremy Rifkin) n'a pas de sens si ce gaz est obtenu à
partir de l'énergie pétrole. Seul le nucléaire
offre une solution acceptable.
-
Les futurs réacteurs seront en rupture avec les réacteurs
à eau de 2e et de 3e génération. Il
s'agira de fonctionner à des conditions encore considérées
aujourd'hui comme extrèmes: production de neutrons
rapides (hautement énergétiques), haute température,
recyclage de tout le combustible. Ces difficultés
doivent être considérées non pas comme
des obstacles mais comme un enjeu de première grandeur
pour des organismes de recherche comme le CEA et le CNRS
en France. Elles exigent aussi de coopérer au plan
international pour partager l'effort de recherchedéveloppement
en vue de réaliser les ruptures technologiques nécessaires.
Dans ces conditions, que sera la participation française
au Forum Génération IV?
Toujours
selon la SFEN, en conclusion d'une analyse stratégique
réalisée fin 2000, qui prend en compte l'expérience
acquise en France et en Europe sur les filières (neutrons
rapides, réacteurs à haute température),
ainsi que les objectifs stratégiques des partenaires
industriels, la participation française au Forum
Generation IV se situera principalement dans trois domaines
:
-
Le développement d'une gamme technologique gaz avec
le VHTR (Very High Temperature Reactor) et le GFR (Gas-cooled
Fast Reactor)(1)
-
le soutien au développement d'une nouvelle
génération de systèmes à neutrons
rapides refroidis au sodium (ce qui supposera que les problèmes
de fuite du coolant, qui avaient servi de prétexte
à la fermeture de Super-Phoenix, soient résolus),
-
le développement de nouveaux procédés
pour le cycle du combustible permettant le recyclage de tous
les actinides(2) avec une résistance
suffisante aux risques de prolifération.
Par
ailleurs, les industriels et laboratoires français
participeront en réseau à une activité
d'évaluation de filières plus prospectives
: systèmes refroidis à l'eau supercritique
(SCWR) et réacteurs à sels fondus (MSR).
Les
grands enjeux à l'international pour les prochaines
années seront :
-
d'être des partenaires majeurs du consortium
qui développera le VHTR dans le cadre du Forum, et
le Next Generation Nuclear Plant qui devrait en être
un premier démonstrateur vers 2015,
-
de lever les verrous technologiques du GFR en coopération
avec les partenaires européens, américains
et japonais,
-
de valoriser l'expertise acquise sur les réacteurs
rapides au sodium à travers le développement
avec le Japon d'une nouvelle génération
de SFR,
-
de valoriser également l'expérience
acquise sur les combustibles pour la transmutation et les
procédés du cycle, afin notamment de gérer
globalement les actinides dans le système Génération
IV.
Notes
:
(1)
Les six concepts de réacteurs Generation
IV actuellement sélectionnés par le
Forum International sont les suivants (source SFEN)
:
1. VHTR (Very High Temperature Reactor) : réacteurs
à neutrons thermiques de petite taille, refroidis
à l'hélium à très haute
température (1000/1200 °C), dédiés
à la production d'hydrogène ou à
la cogénération hydrogène-électricité.
Framatome développe dans ce sens un projet
décrit par la note Antares http://www.iaea.org/inis/aws/htgr/fulltext/htr2004_a10.pdf
2. GFR (Gas-cooled Fast Reactor) : réacteurs
à neutrons rapides de petite taille, refroidis
à l'hélium, surgénérateurs
3. SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) : réacteurs
à neutrons rapides, refroidis au sodium,
surgénérateurs. Deux options sont
développées : puissance unitaire de
150 à 500 MWe d'une part, de 500 à
1200 MWe d'autre part.
4. SCWR (SuperCritical Water-cooled Reactor) : réacteurs
à eau supercritique de grande puissance.
Deux versions sont développées, l'une
à neutrons thermiques, l'autre à neutrons
rapides.
5. LFR (Lead-cooled Fast Reactor) : réacteurs
à neutrons rapides refroidis au plomb (ou
alliage eutectique PbBi), surgénérateurs.
De nombreuses variantes quant à la puissance
unitaire sont envisagées, de 50 à
1200 MWe.
6. MSR (Molten Salt Reactor) : réacteurs
de petite taille à neutrons épithermiques,
utilisant le sel fondu à la fois comme combustible
et comme caloporteur.
De tous ces concepts, seul le VHTR propose dans
sa version de base, un cycle de combustible ouvert
(avec apport de combustible extérieur), les
cinq autres concepts visant prioritairement un développement
énergétique durable avec recyclage
du combustible.
La validation de ces concepts demandera du temps
: la décennie 2030 est généralement
reconnue comme celle de la réalisation de
prototype(s). Celle de la mise en oeuvre à
l'échelle industrielle est plus éloignée
encore; c'est ainsi que le « Livre Blanc sur
les Energies » estime que ces réacteurs
de la génération IV ne seront pas
disponibles pour un déploiement industriel
avant 2040.
On reconnaîtra dans la filière SFR
(n°3) celle qui a été développée
en France à travers Rapsodie, Phoenix et
Superphoenix. L'arrêt prématuré
et intempestif de Superphoenix a malheureusement
fait perdre à notre pays l'avance qu'il avait
acquise sur la voie de cette filière Génération
IV. La plupart des pays industriels s'intéressant
au nucléaire risquent désormais de
devancer la France dans cette voie.
(2)
Actinides: série de 15 éléments
radioactifs métalliques dont le nombre atomique
se situe entre 89 (actinium) et 103 (lawrencium)
dans la table des éléments périodiques.
Ils sont produits dans les processus de fission.
|
La
politique américaine en matière de 4e génération
Le
gouvernement américain a dès Mai 2001 clairement
affiché son soutien à une politique d'expansion
de l'énergie nucléaire. Le National Energy Policy
Development Group, présidé par le vice-président
Dick Cheyney, a publié à cette date un rapport
intitulé « Une énergie fiable, accessible
et environnementalement saine pour l'Amérique de demain
» (Reliable, Affordable and Environmentally Sound Energy
for America's Future, http://www.whitehouse.gov/energy/).
Ce rapport demande au gouvernement de développer une
stratégie à long terme qui s'appuie sur les
technologies les plus récentes afin de mettre en œuvre
une politique énergétique intégrée.
Le rapport recommande en tout premier lieu que le président
soutienne l'expansion de l'énergie nucléaire
aux Etats-Unis, qui doit devenir le composant majeur de cette
politique.,
Ces
recommandations ont été pleinement prises en
compte. Il en est résulté une série de
décisions résumées dans le document Government
Programs Supporting the Building of New Nuclear Plants (http://www.nei.org/index.asp?catnum=3&catid=696)
définisant une feuille de route pour le demi-siècle,
dont nous résumons ici les principales étapes:
-
Lancement par le Département de l'Energie (DOE) du
Nuclear Power 2010, "partenariat public-privé
en vue de produire une énergie accessible et propre
» (public private partnership on clean, affordable
energy) . Il s'agit dans le cadre du programme Nuclear
Energy 2010 lancé en 2002 d'explorer et de
préparer les sites susceptibles d'héberger
de nouveaux réacteurs, ainsi que de définir
des procédures de sélection et d'agréments
plus efficaces tout en renforçant la sureté
des installations. Trois accords gouvernement-industrie
ont suivi, avec les groupes Dominion Resources, Entergy
et Exelon, pour licencier de nouveaux sites industriels.
Des consortiums ont été créés
et ont reçu un financement public de 50% pour préparer
des sites supplémentaires.
-
Définition par le DOE, dans le cadre d'un groupe de
travail formé en 2001, le Near-Term Deployment Group,
de nouveaux concepts de réacteurs susceptibles d'être
commandés après 2010/2030, Un rapport, New Reactor
Designs (http://www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/analysis/nucenviss2.html)
a été élaboré précisant
ces options. Ce rapport distingue des générations
successives de machines, notamment celles encore théoriques
faisant partie de ce qui a été nommé
la Generation IV.
-
Désignation par le DOE du Idaho National Laboratory
(INL, http://www.inel.gov/)
comme responsable du Nuclear Power 2010 et des programmes
Generation IV . Cette désignation a été
présentée comme le premier pas pour "reconstruire
des capacités de recherche avancée dans le domaine
du nucléaire", capacités précédemment
mises à mal, on peut le supposer, par les campagnes
anti-nucléaires, y compris celles venant des pétroliers.
L'INL, plus généralement, se chargera de l'ensemble
des recherches amont et négociations aval permettant
de progresser dans la voie de nouveaux réacteurs et
de nouveaux processus de gestion des déchets.
- Création en 2004 du concept de Next Generation
Nuclear Plant auprès du Idaho National Laboratory.
Il s'agira de développer à la fois la
production d'énergie électrique et celle
d'hydrogène, afin de fabriquer ce dernier à
bon marché et en grandes quantités. Ainsi
la validité du thème de l'économie-hydrogène
est-elle reconnue. Il s'agira on ne peut en douter
d'un élément essentiel de la nouvelle
faveur que pourra acquérir le nucléaire, tant
en interne aux Etats-Unis qu'à l'exportation.
-
Spécification détaillée du concept
de Next Generation Nuclear Plant, Centrale nucléaire
de nouvelle génération. Le système
reposera sur un réacteur à gaz à très
haute température, couplé avec des turbines
et des systèmes thermo-chimiques de production de
l'hydrogène technologiquement très évoluées.
Ultérieurement viendront des réacteurs de
type surrégénérateurs.
-
Lancement par le DOE, à la demande du Congrès,
de l'Initiative pour la IV Génération (Generation
IV Nuclear Energy Systems Initiative). Parallèlement,
un Forum international, le Generation IV International Forum
(GIF) a été créé à l'initiative
des Etats-Unis, associant l'Argentine, le Brésil, le
Canada, la France, le Japon, la Corée, l'Afrique du
Sud, la Suisse et le Royaume Uni.
Ce Forum est destiné à coordonner les travaux
des gouvernements, des industriels et des laboratoires de
recherche afin de déterminer les conditions permettant
de mettre sur le marché commercial international,
à partir de 2030 ou plus tôt le cas échéant,
les réacteurs de 4e Génération. Pour
ce faire, il identifiera les domaines de coopération
multilatérale possibles et produira des recommandations
pour mener et évaluer les projets communs de recherche
et de développement.
-
Une feuille de route ( Overview of Generation IV Technology
Roadmap) a été élaborée à
l'intention des membres du Forum, définissant les étapes
et les procédures. Cette feuille de route, notamment,
décrit les différents types de réacteurs
du futur susceptibles de répondre aux spécifications
attendues http://www.nei.org/documents/DOE_Gen_IV_Diagrams.pdf
(voir ci-dessus notre note).
Conclusion
Les
Etats-Unis, comme nous l'avons indiqué, sont décidés
à prendre la tête des programmes visant à
développer le nucléaire de 4e génération.
Ils mettent en avant leur volonté de coopérer
au plan international. On ne saurait légitimement douter
de celle-ci. Néanmoins cette coopération n'apportera
certainement que des mécomptes aux industriels et aux
gouvernements qui y participeraient sans avoir défini
eux-mêmes une stratégie en propre et sans s'être
donné les moyens humains et budgétaires de mener
celle-ci à bien, en pleine autonomie si cela s'avérait
nécessaire.
La question est aujourd'hui posée de savoir si la
France, en ce qui la concerne, ou l'Union Européenne,
à son niveau, ont pleinement pris conscience de l'importance
de ces enjeux, ont accepté d'afficher clairement
auprès de l'opinion des objectifs suffisamment ambitieux
et ont, finalement, décidé d'y consacrer les
moyens nécessaires sans compter sur d'hypothétiques
"ressources du marché" pour mobiliser les
fonds indispensables. Ces moyens seront de moins en moins
importants relativement, au fur et à mesure qu'augmenteront
les coûts de la recherche et de l'exploitation pétrolière
et que seront pris en compte les coûts induits imposés
par ces dernières à l'environnement terrestre;
Ajoutons
que la décision récente d'implanter Iter à
Cadarache et au Japon ( machine Ifmif, International Fusion
Materials Irradiation Facility et machine DEMO) donneront
encore plus d'actualité au besoin d'une mobilisation
industrielle et scientifique en France et en Europe. Beaucoup
de développements se révéleront en
effet, contrairement à ce qui a été
dit par les détracteurs d'Iter, susceptibles d'utilisation
commune.
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