L’énergie nucléaire porte une promesse fantastique: une énergie très bas carbone, sûre et pouvant être produite à grande échelle. Toutefois, elle demande de hauts niveaux de technologie et les accidents peuvent être dramatiques. Nous allons prés enter ici les différents éléments permettant de se faire une idée du rôle qu’elle peut avoir dans la transition énergétique et le développement économique.
- Le fonctionnement des centrales nucléaire
- Leur sûreté
- Le nucléaire dans le monde
- Les innovations en matière d’énergie nucléaire
- L’impact climatique du nucléaire et son intérêt pour réduire les émissions
En somme, en examinant le fonctionnement des centrales nucléaires, leur sûreté, leur place dans le monde, les innovations en matière d’énergie nucléaire, ainsi que l’impact climatique et leur intérêt dans la transition énergétique, nous pourrons se faire une idée plus précise du rôle que cette technologie peut jouer dans la transition énergétique et le développement économique.
Le fonctionnement des centrales nucléaires
Le fonctionnement des centrales nucléaires repose sur une réaction de fission nucléaire, se produisant dans le réacteur nucléaire, où des noyaux d’atomes sont divisés en deux parties plus légères, libérant de l’énergie sous forme de chaleur. Cette chaleur est ensuite utilisée pour faire chauffer un caloporteur (= gaz ou liquide transportant la chaleur). L’eau est le caloporteur le plus couramment utilisé. Dans les centrales nucléaires à eau pressurisée, l’eau est chauffée dans le réacteur et transportée sous pression à travers des échangeurs de chaleur, où elle transfère la chaleur à une autre source d’eau, produisant de la vapeur. Cette vapeur entraîne des turbines, qui actionnent des générateurs pour produire de l’électricité. Des gaz, comme le CO2 ou l’hélium, peuvent aussi être utilisés comme caloporteurs.
Le combustible utilisé dans les centrales nucléaires est aujourd’hui de l’uranium enrichi, généralement enrobé dans une gaine d’alliage de zirconium sous forme de pastilles cylindriques rassemblées en « crayons ». L’uranium est un élément radioactif qui subit une réaction de fission lorsqu’il est bombardé de neutrons. Le cycle de vie de l’uranium commence par l’extraction minière, suivie du raffinage, de l’enrichissement et de la fabrication des pastilles de combustible. Après utilisation dans le réacteur, le combustible usé doit être retiré et stocké pour une élimination future.
Le cycle de vie des centrales nucléaires est long et complexe. La construction d’une centrale nucléaire peut prendre de 5 à 10 ans, selon la taille et la complexité de la centrale. Une fois construite, la centrale a une durée de vie utile de plusieurs dizaines d’années, après quoi elle doit être démantelée. Le démantèlement des centrales nucléaires est un processus complexe et coûteux qui peut prendre plusieurs années et peut poser problème, notamment pour les centrales à graphite.
Enfin, les turbines n’ayant qu’un rendement de 30 à 40%, il y a une chaleur perdue, qu’il est possible de récupérer et de valoriser.
La sûreté de l’énergie nucléaire
La sûreté de l’énergie nucléaire est souvent un sujet d’alarmes et pour de bonnes raisons: les pires accidents nucléaires, Tchernobyl et Fukushima, ont été des événements terrifiants, ayant marqué la Terre entière et causé l’interdiction d’accès de centaines de km². Malgré cela, elle reste l’une des sources d’électricité les plus sûres au monde. Pour le comprendre, il est essentiel de connaître les risques associés à la radioactivité, ainsi que les mesures de sécurité mises en place pour minimiser ces risques.
La radioactivité est souvent associée à des images apocalyptiques de zones mortes et de mutations incontrôlées, mais elle est en réalité omniprésente dans notre environnement. Les doses de radioactivité générées par les centrales nucléaires sont triviales, et nous sommes exposés à des doses similaires dans notre vie quotidienne. Les centrales nucléaires peuvent également libérer des éléments radioactifs, tels que les gaz radioactifs qui sont produits en cas de fusion du réacteur, qui vont générer une radioactivité pouvant se révéler excessive et dangereuse. C’est pour gérer ce risque qu’existe la sûreté nucléaire. Il y a essentiellement deux pans:
- La gestion des déchets. Les déchets nucléaires sont classés en fonction de leur intensité et de la longévité de leur radioactivité, et leur gestion est une préoccupation majeure pour l’industrie nucléaire. Le démantèlement des centrales est également une opération complexe et coûteuse, qui nécessite des précautions particulières pour minimiser les risques de contamination.
- La sûreté des installations. C’est la question de la prévention des accidents nucléaires. Pour cela, des mécanismes de sécurité sont mis en place, tels que la surveillance constante des réacteurs et des circuits de refroidissement, ainsi que la présence de barrières de confinement pour limiter les fuites de radioactivité en cas d’accident. Ces derniers sont classés en fonction de leur gravité par l’échelle INES, qui va de 0 à 7. Les événements de gravité 0 à 3 sont des incidents, tandis que les événements de gravité 4 à 7 sont des accidents. Les accidents nucléaires les plus marquants sont ceux de Three Mile Island, Tchernobyl et Fukushima.
Malgré tout, les centrales nucléaires restent une source d’électricité fiable et sûre, avec un nombre limité d’accidents au regard du nombre de centrales dans le monde. Surtout, les innovations vont le rendre encore plus sécures, avec des systèmes de refroidissement passifs « inclus » dans le fonctionnement même du réacteur nucléaire.
Le nucléaire dans le monde
Le nucléaire est une source d’énergie utilisée dans le monde entier pour produire de l’électricité, avec une part de marché d’environ 10% en 2021 selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Bien que sa part dans le mix énergétique global ait légèrement diminué ces dernières années, l’utilisation de l’énergie nucléaire reste importante dans certains pays.
Voici quelques chiffres clés qui illustrent la place du nucléaire dans le monde :
- Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), il y avait 443 réacteurs nucléaires en service dans le monde à la fin de 2020, avec une capacité totale de production d’électricité de 392 GW.
- Les pays qui produisent le plus d’électricité nucléaire sont les États-Unis, la France, la Chine, le Japon, la Russie et la Corée du Sud.
- En France, l’énergie nucléaire représente environ 70% de la production d’électricité. C’est le pays qui utilise le plus l’énergie nucléaire en proportion de sa production totale d’électricité.
- En Chine, qui connaît une forte croissance économique et démographique, la part de l’énergie nucléaire dans la production d’électricité est passée de 2% en 2010 à près de 5% en 2021, et devrait continuer à augmenter dans les prochaines années.
- En revanche, certains pays ont décidé de sortir progressivement du nucléaire, comme l’Allemagne qui vise à fermer toutes ses centrales d’ici 2022.
Les innovation dans l’énergie nucléaire
Il y a plusieurs grandes innovations qui pourraient révolutionner l’énergie nucléaire. Tout d’abord, des réacteurs de petite taille modulaires (PRM) permettraient d’accélérer et de faciliter la conception des centrales, d’améliorer leur fiabilité, de réduire leur coût et de décentraliser la production d’énergie nucléaire. A peine plus lointaine, la 4e génération de réacteurs nucléaires est en route. L’une de ses grandes améliorations serait de rendre possible la surgénération, qui résoudrait dans une large mesure le problème des déchets nucléaires et multiplierait plusieurs dizaines de fois la disponibilité du combustible. Enfin, l’innovation la plus importante, mais aussi la plus lointaine: la fusion nucléaire. Elle promet une énergie quasiment infinie, mais elle est encore à un stade très expérimental, un prototype industriel n’est même pas envisagé avant plusieurs dizaines d’années.
Le nucléaire et le climat
Enfin il faudra voir les interactions entre le nucléaire et le climat. Nous répondrons à plusieurs questions:
- Est-ce que le nucléaire est vraiment bas carbone ?
- Est-ce que le déréglement climatique pose problème pour la production d’électricité nucléaire ?
- Est-ce que le nucléaire peut être une réponse suffisamment rapide pour aider à lutter contre le déréglement climatique ?