La production d’énergie nucléaire aux États-Unis

Les États-Unis sont l’un des plus grands producteurs et consommateurs d’énergie au monde. Le pays tire son électricité de diverses sources, dont les combustibles fossiles, l’énergie nucléaire et les énergies renouvelables. En 2021, la répartition de la production d’électricité était la suivante : 40% de gaz naturel, 19% de charbon, 20% de renouvelables (hydroélectricité, éolien, solaire et autres) et 20% d’énergie nucléaire [1].

Les projets de centrales et de réacteurs novateurs en cours de développement montrent l’engagement du pays envers l’innovation dans le secteur nucléaire. Les réacteurs de troisième et quatrième génération, tels que les EPR, les RMA, les RSF et les RNR, offrent des perspectives prometteuses pour l’avenir de la production d’énergie nucléaire aux États-Unis. Ils sont conçus pour être plus sûrs, plus efficaces et plus durables que les réacteurs actuellement en service. À mesure que ces technologies progressent, elles pourraient jouer un rôle crucial dans la diversification du bouquet énergétique américain et la réduction de l’empreinte carbone du pays.

Histoire de la production d’énergie nucléaire aux États-Unis

L’histoire de l’énergie nucléaire aux États-Unis remonte aux années 1940 et 1950, lorsque le pays a développé les premières armes nucléaires et les premiers réacteurs expérimentaux. Le premier réacteur nucléaire commercial, Shippingport Atomic Power Station, a été mis en service en 1958 en Pennsylvanie [2]. Depuis lors, l’énergie nucléaire a connu une croissance significative, avec une période de construction rapide entre les années 1960 et 1980.

En 1979, l’accident nucléaire de Three Mile Island en Pennsylvanie a suscité des inquiétudes sur la sécurité des centrales nucléaires et a entraîné des réglementations plus strictes. Malgré cela, la production d’énergie nucléaire a continué à croître, atteignant un pic en 1990, avec une capacité de production d’environ 100 gigawatts (GW) [3].

Depuis le début des années 1990, la construction de nouvelles centrales nucléaires a ralenti, principalement en raison de la concurrence accrue des sources d’énergie moins chères et des préoccupations environnementales. Toutefois, la production d’énergie nucléaire reste stable, avec 93 réacteurs en activité en 2021, répartis dans 28 États [4].

Technologies de réacteurs nucléaires utilisées aux États-Unis

La majorité des réacteurs nucléaires en activité aux États-Unis sont des réacteurs à eau pressurisée (REP) ou des réacteurs à eau bouillante (REB) [5]. Ces réacteurs de deuxième génération utilisent de l’uranium enrichi comme combustible et de l’eau comme modérateur et caloporteur.

Les REP constituent environ deux tiers des réacteurs en activité aux États-Unis [5]. Dans un REP, l’eau est maintenue sous haute pression pour éviter qu’elle ne se transforme en vapeur. La chaleur produite par la fission nucléaire est transférée à un circuit secondaire par l’intermédiaire d’un générateur de vapeur, où elle est convertie en vapeur pour actionner une turbine et générer de l’électricité.

Les REB, quant à eux, représentent environ un tiers des réacteurs en activité aux États-Unis [5]. Contrairement aux REP, les REB permettent à l’eau de se transformer en vapeur directement dans le cœur du réacteur. La vapeur est ensuite acheminée vers une turbine pour produire de l’électricité.

Projets de centrales et de réacteurs novateurs

Les États-Unis sont actuellement en train de développer des technologies de réacteurs nucléaires de troisième et quatrième génération pour améliorer la sécurité, l’efficacité et la durabilité de la production d’énergie nucléaire. Voici quelques projets notables :

1. Réacteurs à eau pressurisée évolués (EPR) : Ces réacteurs de troisième génération sont conçus pour être plus sûrs et plus efficaces que les REP traditionnels. Westinghouse Electric Company développe l’AP1000, un EPR d’une capacité de 1 100 mégawatts électriques (MWe) [6]. Deux unités AP1000 sont en construction à la centrale nucléaire de Vogtle en Géorgie, avec une mise en service prévue en 2022 et 2023 [7].
2. Réacteurs modulaires avancés (RMA) : Les RMA sont des réacteurs nucléaires de petite taille (inférieurs à 300 MWe) conçus pour être flexibles, sûrs et économiques. NuScale Power, une entreprise américaine, développe un RMA de 77 MWe qui utilise l’eau légère comme modérateur et caloporteur [8]. Le premier projet commercial de NuScale, la centrale nucléaire de l’Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS), devrait être opérationnel en 2029 [9].
3. Réacteurs à sels fondus (RSF) : Les RSF sont des réacteurs de quatrième génération qui utilisent des sels fondus comme combustible et caloporteur. Ils offrent des avantages en termes de sécurité, d’efficacité et de gestion des déchets. Plusieurs entreprises américaines, dont TerraPower et Southern Company, collaborent pour développer un prototype de RSF d’ici 2030 [10].
4. Réacteurs à neutrons rapides (RNR) : Les RNR sont des réacteurs de quatrième génération conçus pour utiliser plus efficacement le combustible nucléaire et réduire la quantité de déchets radioactifs. General Electric et Hitachi développent conjointement le PRISM, un RNR refroidi au sodium d’une capacité de 311 MWe [11]. Aucun calendrier n’a encore été fixé pour la construction d’une centrale PRISM commerciale.

Les centrales nucléaires aux Etats-Unis

Les pays produisant de l’énergie nucléaire

Sources :

• [1] U.S. Energy Information Administration (EIA). (2021). Electric Power Monthly. https://www.eia.gov/electricity/monthly/
• [2] U.S. Department of Energy (DOE). (n.d.). Shippingport Atomic Power Station. https://www.energy.gov/ne/shippingport-atomic-power-station
• [3] World Nuclear Association. (2021). Nuclear Power in the USA. https://www.world-nuclear.org/information-library/country-profiles/countries-t-z/usa-nuclear-power.aspx
• [4] U.S. Energy Information Administration (EIA). (2021). How many nuclear power plants are in the United States, and where are they located? https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=207&t=3
• [5] U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC). (2021). Reactor Types. https://www.nrc.gov/reactors/reactor-types.html
• [6] Westinghouse Electric Company. (n.d.). AP1000® Pressurized Water Reactor. https://www.westinghousenuclear.com/new-plants/ap1000-pwr
• [7] Georgia Power. (2021). Plant Vogtle Units 3 and 4. https://www.georgiapower.com/company/plant-vogtle.html
• [8] NuScale Power. (n.d.). NuScale’s Technology. https://www.nuscalepower.com/technology
• [9] NuScale Power. (2021). Carbon Free Power Project. https://www.nuscalepower.com/projects/carbon-free-power-project
• [10] Southern Company. (2021). Advanced Reactor Development. https://www.southerncompany.com/what-doing/energy-innovation/advanced-reactor-development.html
• [11] GE Hitachi Nuclear Energy. (n.d.). PRISM. https://nuclear.gepower.com/build-a-plant/products/nuclear-power-plants-overview/prism