Quelle énergie demain ? L'énergie nucléaire

        J'ai fait 2 articles généraux sur l'énergie, puis j'ai traité le cas de l'éolien et du solaire. Je traiterai aujourd'hui le problème nucléaire.

   Nous avons vu, il y a un mois que l’énergie primaire (électricité, chaleur, transport…), consommée dan le monde en 2021 était encore dépendante à 80% des produits carbonés (charbon, pétrole, gaz)
 La production d’électricité l’était encore plus, à 82%
 L’énergie nucléaire sert essentiellement à la production électrique et ne représente que 9,8 % des moyens de production. Il semble toutefois que ce pourcentage soit plus élevé en 2024. (voir les deux graphiques ci-dessous).

     Nota : sur le graphique ci-dessus la biomasse correspond essentiellement à l'utilisation du bois.

           Ce faible emploi de l'énergie nucléaire est certainement dû aux accidents de Tchernobyl et Fukushima, qui ont effrayé la population et les politiques, qui n'ont pas su expliquer les situations de façon réaliste.
           Le premier accident est dû à un essai de forte puissance sur un vieux réacteur instable, en ayant court-circuité les sécurités, et à une gestion très mauvaise de l'accident, tant par les responsables nucléaires que par la protection civile russe.
           Le second accident  fait suite à un tsunami qui a fait 22 000 victimes (mais aucune du fait nucléaire) et qui a endommagé des cuves et surtout les systèmes électriques de pompage de l'eau de refroidissement. Là encore, la gestion de la crise a été très médiocre.
           Mais ces deux accidents très spectaculaires, car ayant des répercussions sur des zones importantes, ont en fait été moins meurtriers que l'accident de l'usine chimique AZF à Toulouse.
           Les leçons de ces accidents ont été tirées et la sécurité de réacteurs énormément renforcée.
           Si l'on considère l'industrie nucléaire dans le monde, en dehors de ces deux accidents, il n'y a pas eu de victime ni d'incident grave,(sauf à l'origine Three Miles Island, dont les conséquences ont été minimes sauf une énorme panique), alors que l'industrie chimique et le BTP comptent plusieurs milliers de morts par an par accident.

         L'un des avantages du nucléaire c'est la faiblesse de son empreinte carbone totale,  plus basse que l'éolien et le solaire, lors de la production d'électricité.
         L'empreinte carbone, c'est non seulement les rejets de CO2 lors du fonctionnement, mais on doit aussi prendre en compte la construction des centrales,  l’extraction du minerai, l’enrichissement de l’uranium par ultracentrifugation, l’ensemble des transports, la production ainsi que la distribution d’électricité et, bien sûr, le démantèlement et la gestion des déchets. Le graphique ci-dessous montre deux évaluations des diverses empreintes carbone, établies par le GIEC et l'ADEME.

          Dans l'ordre des barres : le nucléaire, l'éolien, le photovoltaïque, le gaz et le charbon.

          En France, l'empreinte carbone du nucléaire sera même deux fois moindre car nous enrichissons nous-mêmes le combustible, et nous traitons nos déchets. Au contraire celle du photovoltaïque est plus élevée car nous importons les panneaux de Chine.

          Tout d'abord, l'énergie nucléaire est une énergie permanente. On peut moduler la production. Par contre l'arrêt complet d'une centrale et sa remise en route, sont complexes et demandent du temps. 
 

      Contrairement à ce que l'on dit trop souvent, le nucléaire est une énergie renouvelable. En effet, dans des réacteurs à neutrons rapides, on pourra recycler des déchets lanthanides ou de l'U238 et utiliser du thorium232, qui est très abondant sur terre. Les ressources en matériaux fissiles permettent une consommation de dizaines de milliers d'années.
         Dans ces réacteurs, du sodium ou du plomb fondus refroidissent le cœur et transportent la chaleur vers un. échangeur qui réchauffe un gaz qui va entraîner les turbines pour produire l'électricité. (voir schéma ci-dessus emprunté à Sciences et Avenir).
         Alors que dans un réacteur habituel on utilise des neutrons lents pour entretenir la réaction de fission, qui produit alors de nombreux déchets, les neutrons rapides sont capables de fissionner de nombreux éléments radioactifs et donc d'utiliser ces déchets comme combustibles ou de trasformrt l'U238 en plutonium fissile.
       La difficulté en cours d'étude est la manipulation et la circulation du métal fondu. Par ailleurs il faut démarrer le réacteur avec du Plutonium et on ne peut charger d'autres combustibles que par la suite.

 

      Un autre type d'AMR est à l'étude où l'on utilise des sels fondus dans lesquels on a dissous le combustible, et qui servent aussi de caloporteurs.(voir schéma ci-contre).
       Le liquide fait le tour de la cuve et d'échangeurs de chaleur. L'avantage est une sécurité accrue car la température s'autorégule dans la cuve et il n'y a pas de risque d'emballement.
       L'inconvénient est la corrosion des tuyauteries par les sels fondus.

        Un autre aspect intéressant du nucléaire, c'est qu'il peut produire non seulement de l'électricité mais aussi de la chaleur.
        Utiliser un gros réacteur de 1,6 GW genre EPR pour produire de la chaleur n'est pas très économique car il faut ensuite la transporter. Par contre, il est dommage que l'eau de refroidissement réchauffé soit relâchée dans la nature. Elle pourra-it être utilisée comme on le fait en géothermie; pour chauffer de habitants, grâce à des échangeurs. C'est pratiqué dans quelques installations trop peu nombreuses et ce serait beaucoup mieux au plan écologique.
       Par contre la génération de petits réacteurs modulaires SMR ou AMR (voir mes articles des 28/11/2021, 20 et 22/4/2024) sont susceptibles, vu leur haute sécurité, d'être utilisés près d'une ville ou d'un industriel et de fournir de la chaleur sans passer par l'électricité, ce qui a forcément un rendement meilleur.
       De tels machines pourront aussi produire de l'électricité pour les centres informatiques des GAFA et de l'intelligence artificielle (voir mon article demain).
      Ces réacteurs sont dérivés des réacteurs actuels qui utilisent de l'eau pressurisée comme caloporteur et leur combustible est classique (uranium 208, enrichi à l'U235, et éventuellement mélange mon avec du plutonium), soit sous forme de barreaux, soit sous forme de pastilles.
       Certains de ces petits réacteurs pourraient atteindre des températures élevées (1200 d°) d'où un meilleur rendement. Leur combustible (Trio), est constitué de billes ou de "boulets", enrichis à 20 % d'U235, dont l'enveloppe retient les produits de fission. Le caloporteur est un gaz, en général de l'hélium. Ils seraient excellents pour produire de l'hydrogène.
       Les deux schémas ci-dessous résument leur fonctionnement.

        Ces petits réacteurs vont révolutionner l'utilisation du nucléaire car ils peuvent être fabriqués en usine et installés ensuite facilement et sont beaucoup plus sûrs. Leur coût sera cependant un investissement élevé. ( probablement de 100 à 300 millions d'euros).

         Les perspectives de développement du nucléaire étaient d'atteindre au niveau mondial environ 15 % de la production d'énergie (électrique plus chaleur), en 2050. Mais si le développement des petits réacteurs est un succès, cet objectif pourrait être dépassé.

         La  France est un des pays qui rejette le moins de gaz à effets de serre grâce à son énergie nucléaire. Sa consommation d'énergie primaire et encore relativement carbonée, principalement à cause des transports et du chauffage des logement ainsi que ce certains secteurs industriels..(schéma ci-dessous pour 2021)

        Par contre sa production d'électricité est très décarbonée, à % réalisée par du nucléaire, de l'hydraulique, de l'éolien et du solaire..(schéma ci-dessous pour 2023).

        Un premier objectif a été de renforcer la sureté des réacteurs actuellement en service pour prolonger leur durée de vie. Ensuite 7 EPR devrait assurer une certaine relève, l'objectif étant ensuite un mix à 50 % de nucléaire.
       Mais des études ont été également lancées et 8 études de réacteurs modulaires sont effectuées par des startups, en partie financées par l'Etat.
       Il est probable que le niveau du nucléaire dans la production électrique à l'avenir sera au moins de 50 %.
      La décarbonations de la consommation d'énergie primaire dépendra essentiellement des progrès de l'électrique dans les transports et le chauffage urbain, mais le principal obstacle actuel est le prix de l'électricité.