Énergie nucléaire

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L'énergie nucléaire désigne l'énergie libérée par la fission ou la fusion des noyaux des atomes.

Cet article traite essentiellement de son usage civil pour la production d'électricité.

Sommaire

[modifier] Introduction

Découverte dans les années 1930, la fission nucléaire est utilisée à des fins civiles et militaires. Elle consiste à scinder un noyau atomique lourd (uranium par exemple) en noyaux plus petits. 1% de la masse est perdue au passage et convertie en énergie. C'est le principe utilisé par les centrales nucléaires actuels et par les premières bombes atomiques.

La fusion nucléaire consiste à fusionner deux petits noyaux en un plus gros (typiquement, deux noyaux d'hydrogène fusionnant en un noyau d'hélium). 10% de la masse est perdue au passage et convertie en énergie. C'est le principe utilisé actuellement par les bombes à hydrogène. D'éventuels usages civils sont très prometteurs (hydrogène et deutérium se trouvent aisément et l'hélium produit ne serait pas radioactif) mais les recherches menées depuis 40 ans n'ont toujours pas abouties même si des progrès ont été réalisés.

[modifier] Place de l'énergie nucléaire

Vista-xmag.png Voir l’article Limites des énergies renouvelables.

Aujourd'hui, l'énergie nucléaire représente 80% de la production électrique française et 6.5% de la production électrique mondiale. Cette énergie constitue une alternative aux énergies fossiles, ce à quoi les énergies renouvelables ne peuvent que partiellement prétendre de par leurs limites. Par exemple, l'énergie éolienne et photovoltaïque ne peuvent produire en l'absence de vent ou de soleil. Et puisqu'il est beaucoup trop coûteux et problématique de stocker l'électricité en masse, même si nous développions les énergies renouvelables à leur maximum en France, nous aurions toujours besoin de centrales conventionnelles, fossiles ou nucléaire, capables de produire sur demande.

Cela dit, la puissance d'une centrale nucléaire ne peut pas être rapidement ajustée, il faut environ une heure pour arriver à pleine puissance en partant d'une centrale nucléaire au repos. Au mieux, elle ne peut donc fournir que le gros de la production. Les variations rapides de la consommation (ou de la production des renouvelables : baisse du vent ou de la luminosité) doivent toujours être compensées par les centrales fossiles. Dès lors, l'essor des énergies renouvelables fait que le secteur nucléaire devra se contracter pour laisser une part plus grande aux centrales fossiles.

Enfin, le nucléaire ne peut prétendre à se substituer largement dans le monde aux énergies fossiles : les stocks disponibles de combustible seraient trop faibles et tous les pays ne disposent pas des compétences et de la stabilité nécessaires.[1]

[modifier] Alternatives pour la France

Vista-xmag.png Voir l’article Propositions énergétiques pour la France.
Centrales nucléaires entre Beijing et Tianjin (Chine)

L'alternative la plus simple serait de faire ce qu'on l'on fait dans la plupart des pays développés (hormis ceux ayant un potentiel hydroélectrique exceptionnel, comme le Brésil) : utiliser principalement les énergies fossiles, notamment le charbon, pour un coût de l'électricité globalement similaire et des émissions de gaz à effet de serre fortement accrues. Mais serait-il possible de miser avant tout sur les énergies renouvelables ?

[modifier] Coûts financiers

Aujourd'hui, la France dispose d'un tarif électrique dans la moyenne européenne[2] et indépendant des cours des énergies fossiles qui augmenteront sur le long terme. Mais la question du coût réel et futur de l'énergie nucléaire fait l'objet d'une controverse. Les raisons en sont les suivantes :

Enfin, il faut prendre en compte que puisque la seule alternative au nucléaire ayant des émissions faibles de CO2 est un mélange renouvelables-fossiles, et puisque ces solutions sont elles-mêmes coûteuses (redondance des installations, cours à long terme des combustibles fossiles, coûts élevés des solutions renouvelables), le nucléaire semble bien apparaître comme économiquement pérenne et avantageux.


[modifier] Sécurité

Le court article sur la radioactivité vous éclairera sur ces problèmes et les unités utilisées.

En substance, une installation nucléaire civile présente des risques comparables à d'autres activités industrielles : déflagration et contamination. Mais la nature de la radioactivité place les installations nucléaires parmi les industries les plus dangereuses. Concernant la contamination, nous verrons ce qu'il en est plus tard, en examinant les accidents qui eurent lieu dans le passé.

A propos de déflagrations, on parle de risques d'explosion chimique et non nucléaire : les installations nucléaires conventionnelles (tous les réacteurs français) n'utilisent pas de réactifs susceptibles de causer une explosion nucléaire. En revanche, certains réacteurs militaires ou des réacteurs civils expérimentaux à neutrons rapides (comme le fut Superphénix mais il n'en existe plus en France) peuvent manipuler ce genre de produits. Ça ne signifie pas que le risque soit négligeable : une explosion chimique peut être particulièrement violente, il suffit de se rappeler celle de l'usine AZF de Toulouse. Et, surtout, une telle explosion disperse les produits radioactifs qui sont sur place.

Enfin, notons que même si les accidents sont rendus improbables, ils finiront toujours par arriver sur une période suffisamment longue. La question est donc de savoir si le nucléaire constitue un risque acceptable ou non.

[modifier] Différences entre les réacteurs conventionnels et Tchernobyl

Schéma du fonctionnement d'un réacteur nucléaire conventionnel

Une condition généralement admise pour qu'un réacteur nucléaire ne puisse s'emballer est qu'il soit conçu de façon à ce que la réaction de fission ne puisse se produire que lorsque les systèmes sont actifs et générer lui-même, naturellement, les conditions qui le pousseront à s'arrêter en cas de problème. Autrement dit il doit présenter des rétro-actions négatives.[7]

Par exemple, dans les réacteurs conventionnels (y compris l'EPR), l'eau agit à la fois comme modérateur (la couche qui ralentit les neutrons) et fluide caloporteur (chargé de refroidir le réacteur). Si la réaction s'accroît, l'eau chauffe (caloporteur) et sa densité diminue. Puisque l'eau est aussi le modérateur, les neutrons ne sont plus ralentis et arrivent trop vite pour provoquer d'autres fissions : ils s'échappent alors vers les couches de confinement et la réaction tend à s'éteindre. On parle pour de tels réacteurs de coefficients de vide négatifs.[8]. Toutefois, on a vu à Fukushima que dans certains cas des conditions persistent qui permettent à la réaction de se dérouler sans toutefois s'emballer.

Le réacteur de Tchernobyl, en revanche, présentait un coefficient de vide positif. Voilà pourquoi, en 3 à 5s, la réaction a pu s'emballer et être multipliée par cent, restant par la suite 15 jours en activité. Tous les réacteurs français ont un coefficient de vide négatif et il est interdit aux États-Unis de construire des réacteurs à coefficient de vide positif. Beaucoup de centrales soviétiques ont encore un coefficient de vide positif mais des aménagements de sécurité ont été ajoutés suite à Tchernobyl. Au Canada, tous les réacteurs CANDU présentent un coefficient de vide positif mais assez faible. Les autorités canadiennes arguent que ce faible coefficient leur laisserait assez de temps avant l'emballement pour prendre les mesures nécessaires, ce qui est vrai tant que les conditions le leur permettent et que les systèmes de secours se comportent normalement (à Tchernobyl, le retrait des barres de combustible fut impossible, les mécanismes ayant été tordus par la chaleur).[9]


[modifier] Accidents passés : bilan et leçons

Vista-xmag.png Voir l’article Accidents nucléaires.

A part de l'étude de la liste des accidents graves liés à l'énergie nucléaire civile, on peut tenter d'évaluer le risque posé par ceux-ci. Il ressort que seuls deux accidents à ce jour eurent des effets majeurs sur l'environnement et les populations : des centaines de morts, des dizaines de milliers de cancers développés dans les années ou décennies qui suivirent, peut-être des milliers de malformations infantiles, et des centaines de km² interdits pour longtemps. Ce bilan place toutefois historiquement le nucléaire très en deçà, en terme de nuisance, du tabac, de l'alcool ou de la voiture, de nombre d'industries (le BTP a causé en 2008, en France, 9000 invalidités permanentes et 155 décès[10]) ou même des conflits militaires tournant autour des matières fossiles. Il est également comparable à celui d'une autre catastrophe industrielle : Bhopal.

Remarquons aussi que trois de ces quatre accidents furent causés par de graves erreurs de conception et témoignent de l'amateurisme des débuts du nucléaire. Les erreurs qui ont causé ces problèmes ont depuis été corrigées (certaines l'étaient déjà ou avaient été évitées dans d'autres pays avant qu'elles ne se produisent) et chaque accident a permis d'améliorer les procédures de sécurité, la conception des installations et la façon de minimiser les erreurs humaines, considérées comme inévitables. Bien entendu, rien ne dit que toutes les erreurs de conception possibles ont été éliminées, ni que de nouvelles n'ont pas été introduites depuis.

Par ailleurs, les deux accidents les plus graves se sont produits sous l'ère soviétique, ce qui n'est pas anodin : les responsables étaient souvent incompétents (nommés du fait de leur fidélité). Par ailleurs ils étaient soumis à une forte pression et promus en fonction des résultats de productivité, récompensant ceux qui ignoraient les procédures de sécurité. Malheureusement, on ne peut que faire le parallèle avec les méthodes modernes de gestion, en particulier dans le secteur privé mais pas exclusivement. Faut-il considérer que la privatisation des entreprises gérant le nucléaire, ou leur mise en concurrence avec des acteurs privés, est une grave prise de risque, sachant que même lorsque l'État reste majoritaire l'ouverture du capital conduit systématiquement à des changements de méthode de gestion, afin de satisfaire les actionnaires et leur fournir rapidement les dividendes attendus, et une croissance rapide et soutenue ?

[modifier] Risques d'accidents futurs et gravité potentielle

Afin d'évaluer les conséquences d'un accident moderne, il faudrait regarder quelles quantités de matières radioactives seraient éjectées et leur nature (demi-vie, influence sur l'organisme, etc). Pour les centrales modernes, leur puissance est légèrement supérieure à celle de Tchernobyl mais elles utilisent moins de combustible pour une même quantité d'énergie produite. En revanche, pour les usines de retraitement de la Hague et de Marcoule, qui stockent des décennies de déchets à haute activité des centrales françaises, il existe un risque extrême. Certes, Areva argue de la très haute sécurité du site et du conditionnement des déchets, capables de faire face à la chute d'un avion de ligne.[11] Mais quand bien même... Un accident indéterminé pourrait après tout provoquer la volatilisation et la dispersion des déchets à haute activité aujourd'hui vitrifiés, ce qui causerait une catastrophe incomparablement plus grande que Tchernobyl au vu des quantités entreposées. Et toutes les mesures de sécurité ne garantissent pas que cela ne surviendra jamais, aucune loi physique ne l'empêche. C'est là un mode gestion peu prudent, il conviendrait plutôt de limiter les conséquences possibles de toute forme d'événement.

Enfin, il existe des risques toxiques autres que la radioactivité : le plutonium en lui-même est un poison très puissant, quelques microgrammes suffisant à tuer un homme. Or, la France en produit en quantité et la Hague en stocke plus de 50 tonnes. Qui plus est, des controverses se tiennent autour des rejets radioactifs et chimiques pratiqués dans le cadre normal, non-accidentel, d'exploitation. Voir à ce sujet le chapitre #Environnement.

[modifier] Environnement

[modifier] Émissions de gaz à effet de serre

L'énergie nucléaire se distingue par ses très faibles émissions en CO2, probablement les plus faibles par unité d'énergie produite, bien plus faibles que celles des énergies fossiles ou du solaire photovoltaïque.[12] A tel point que tout changement important de stratégie énergétique se traduirait par des hausses des émissions, sans doute au point de rendre les engagements internationaux de la France en matière de réduction des émissions de CO2 inatteignables. En effet, le nucléaire a permis à la France d'avoir aujourd'hui des émissions de CO2 par habitant très basses, loin derrière des pays pourtant plus "verts" dans leur quotidien et promoteurs des énergies éolienne et photovoltaïque (France : 6,2 t/hab ; Allemagne : 9,8 t/hab ; Norvège : 12,2 t/hab ; États-Unis : 20,1 t/hab).[13]

[modifier] Déchets

Vista-xmag.png Voir l’article Déchets nucléaires.

La gestion des déchets nucléaires est sans doute le problème le plus crucial de l'énergie nucléaire civile. Voici leur catégories et le montant de la production française :

[modifier] Autres pollutions

Stockage à ciel ouvert de déchets à faible activité sur le site de Cominak

[modifier] Approvisionnement en combustible

Comme pour les centrales fossiles, les stocks d'uranium sont limités. Les réserves accessibles avec un coût inférieur à 130$ par kilo sont aujourd'hui de 60 années[21] en se basant sur la consommation actuelle. Or, cette consommation augmentera à l'avenir même si les réacteurs deviennent plus efficaces (l'EPR revendique un usage du combustible 22% plus efficace que l'ancienne génération de centrales). Cependant, on estime que le fonctionnement de la prochaine génération de centrales nucléaires serait au moins assuré.

L'uranium est extrait sur quatre continents. Les six premiers pays producteurs sont le Canada (30% du total), l’Australie (21%), le Niger (8%), la Namibie (7.5%), l’Ouzbékistan (6%) et la Russie (6%). Une autre partie de l'approvisionnement provient des stocks militaires surnuméraires (États-Unis et Russie) et du retraitement d'une partie du combustible usé.

Enfin, la France utilise également du combustible MOX, constitué de plutonium (assez commun) et d'uranium appauvri (un déchet de l'enrichissement de l'uranium, la phase qui permet, à partir de l'uranium naturellement extrait, de produire l'uranium enrichi utilisée dans les centrales nucléaires conventionnelles). Peu rentable à l'époque, ce choix devrait désormais être fait par d'autres pays.

[modifier] Surgénérateurs

À long terme, il existerait un moyen de prolonger l'exploitation du nucléaire, en consommant 50 à 100 fois moins d'uranium pour produire les mêmes quantités d'énergie : la surgénération (réacteurs à neutrons rapides, fast breeders). Ce sujet est, une fois encore, source de nombreuses controverses.

Un surgénérateur est un réacteur nucléaire qui crée plus de noyaux fissiles (noyaux pouvant être scindé en noyaux plus petits selon le principe de la fission nucléaire) qu'il n'en consomme. Cela est possible en transmutant des noyaux fertiles (des noyaux non-fissiles, tels que l'uranium appauvri ou le thorium, et disponibles en grandes quantités) en noyaux fissiles (plutonium par exemple). Le réacteur ne crée évidemment pas de la matière à partir de rien, disons simplement qu'il suffit de lui fournir des éléments plutôt communs qu'il transmutera en combustible et brûlera. Économiquement cela semble attirant mais, en pratique, de nombreuses difficultés techniques font que ce type de réacteur n'est intéressant qu'à partir d'un certain prix de l'uranium. Évidemment, cette technologie prendra plus de valeur à l'avenir. Qui plus est, elle permettrait la transmutation de déchets hautement actifs en combustibles.

Mais ces surgénérateurs ont un défaut rédhibitoire : le risque d'emballement. Tchernobyl n'était pas un surgénérateur mais, comme lui, ces réacteurs présentent des rétro-actions positives qui poussent le réacteur à s'emballer. Il faut des contrôles actifs (qui peuvent échouer) pour maintenir le cœur à son niveau de réaction et prévenir l'emballement. D'autant qu'un surgénérateur est exploité en-dessous de son régime maximal. Même s'il est vrai que le réacteur de Tchernobyl présentait d'autres problèmes de conception et de gestion et que les surgénérateurs modernes s'emballeraient moins vite, c'est un risque bien supérieur à celui des réacteurs conventionnels.[22]

Enfin, ces surgénérateurs ont connu des destins malheureux dans le passé, souvent arrêtés prématurément. L'exemple le plus célèbre est français, avec Superphénix. Souvent raillé, ce réacteur n'a été exploité que 53 mois en onze années. Mais les problèmes techniques initiaux, dû à des erreurs de conceptions et une grande complexité technique, n'ont causé que 25 mois d'arrêt. Ce sont avant tout les fermetures administratives (suite à des actions en justice, des interventions parlementaires, la nécessité d'examens, etc) qui ont représenté 54 mois de fermeture. La dernière année, ce réacteur afficha même un excellent taux de disponibilité. Des débats subsistent sur les raisons de sa fermeture par Lionel Jospin en 1997 : pour les uns, cela était dû à un manque d'intérêt économique alors que les prix de l'uranium étaient bas. Pour d'autres, il s'agissait d'une concession faîte au parti des Verts, alors membre important de la "gauche plurielle". Notons un regain d'intérêt récent pour la surgénération : en Inde, du fait de la présence importante de thorium, et aux Etats-Unis avec le projet Generation-IV pour la prochaine génération de centrales.

[modifier] Perspectives futures

La fusion nucléaire est parfois présentée comme le Saint-Graal de l'énergie nucléaire civile : a priori économique (rendement dix fois plus grand que pour la fission), utilisant un combustible disponible à profusion (un milliard d'années de réserve), avec des risques plus faibles de contamination radioactive (combustibles et produits non-radioactifs) et a priori de meilleures conditions de sécurité (contesté par des scientifiques reconnus tels que Pierre-Gilles de Gennes[23] ou le japonais Koshiba), avec une absence totale de risque d'emballement (dans le cadre des recherches menées, l'un des problèmes est en fait d'empêcher la réaction de s'arrêter d'elle-même).

Mais les recherches ont débuté depuis plus de quarante ans. On estimait alors le temps nécessaires à quatre décennies et, aujourd'hui, on en donne toujours la même estimation. Qui plus est, les coûts de recherche sont estimés en milliards d'euros et ne cessent d'augmenter.[24] Le défi est en effet important puisqu'il faut projeter les noyaux atomiques l'un contre l'autre à des vitesses extraordinaires (des centaines de millions de degrés) en luttant contre leur répulsion naturelle, le plasma étant comprimé au moyen de champs magnétiques très intenses et de lasers. Des progrès ont toutefois été accomplis durant cette période puisqu'on parvient désormais à maintenir la réaction pendant plus d'une minute tout en produisant plus d'énergie que l'on en consomme.

La fusion nucléaire est l'objet de plusieurs expériences colossales, telles que le projet international ITER (à Cadarache) ou le laser français Mégajoule, ainsi qu'aux États-Unis ou au Japon.

[modifier] Voir aussi

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[modifier] Liens internes

[modifier] Liens externes

[modifier] Références

  1. Le nucléaire : une solution d'avenir ? - notre-planete.info
  2. Viepublique.fr - Le coût de l'électricité en France.
  3. Sortir du nucléaire - Le flop économique
  4. CEA - L'économie du nucléaire
  5. Romandie News - EDF envisage d'affecter 50% de RTE au démantèlement des centrales.
  6. Manicore - Chauffage électrique
  7. World Nuclear - Safety of Nuclear Reactors
  8. World Nuclear - Positive Void Coefficient
  9. Nuclearfaq.ca
  10. Statistiques sur les accidents du travail dans le BTP
  11. Communiqué d'Areva sur la sûreté de l'usine de la Hague face au risque de chute d'avion.
  12. Statistiques sur l'uranium consommés par les centrales nucléaires
  13. Wikipedia - Liste des pays par émissions de dioxyde de carbone par habitant
  14. Compte-rendu de la réunion du CLIC Narbonne-Malvesi
  15. Rapport final de WISE Paris pour le panel STOA - Effets toxiques éventuels engendrés par les usines de retraitement nucléaire à Sellafield et au cap de la Hague.
  16. Autorité de Sûreté Nucléaire - Renforcement de la prévention de la légionellose autour des centrales nucléaires.
  17. Communiqué du Réseau Sortir du nucléaire - Le nucléaire, une énergie propre ?
  18. Article de la Crirad sur les conditions d'exploitation des mines d'uranium par les filliales d'AREVA et les normes ISO
  19. Page de la collaboration 2010 Greenpeace/Criirad sur l'exploitation de l'uranium au Niger
  20. Bilan des analyses 2004-2005 sur l'impact de l'exploitation de l'uranium sur les filliales d'Areva-Cogema au Niger
  21. SFEN
  22. Article de The Nuclear Bulletin - The safety inadequacies of India's fast breeder reactor
  23. Recherche : le cri d'alarme d'un prix Nobel - Les Echos - Jeudi 12 janvier 2006
  24. Le coût d'ITER pourrait flamber - La Recherche n°422 - septembre 2008

[modifier] Bibliographie


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