par  Ch. Leclercq-Willain, Professeur honoraire
Physique Nucléaire Théorique et Mathématique, Université Libre Bruxelles

1. Introduction

Depuis plusieurs années un des combats mené par les écologistes dans différents pays européens (Allemagne, France, Belgique, ..) fut et reste celui du nucléaire mené actuellement en parallèle avec celui de la réduction des gaz à effet de serre (GES). Les « verts » allemands ont obtenu la fermeture de presque toutes les centrales nucléaires et l’Allemagne a toujours une exploitation importante de centrales gaz-charbon. L’Allemagne est ainsi le plus grand émetteur de CO2 en Europe. Il en est de même des pays de l’Est et de la Russie qui exploitent essentiellement des centrales gaz-charbon. En Belgique, la fermeture définitive des centrales nucléaires est prévue pour 2025.

En attendant comme aucune stratégie adéquate n’est prévue, ces centrales vieillissent et nécessitent des frais accrus de maintenance et de contrôle de sécurité. D’autre part, il est certain que notre frénésie de consommation d’énergie ne pourra être satisfaite par les énergies « vertes » en particulier l’éolien et le photovoltaïque. Diminuer les émissions de GES impose une diminution drastique et prioritaire de l’utilisation des énergies fossiles (gaz, charbon, pétrole). Une transition énergétique est nécessaire mais elle ne pourra pas se faire sans le nucléaire; énergie non polluante, totalement disponible, peu coûteuse, d’approvisionnement sans limite et stratégiquement stable. L’équation des écologistes contient donc des éléments contradictoires, incompatibles qui opposent le nucléaire et les sources énergétiques polluantes en GES, cette équation est impossible à résoudre.

En 2003 déjà, le Professeur et climatologue  A. Berger envoyait au 1er Ministre belge G. Verhofstadt une lettre soulignant: « Sortir du nucléaire en ce début du 21ème siècle est non seulement un anachronisme mais est et restera, pour longtemps encore, la plus grande erreur jamais commise par un gouvernement en Belgique. Poursuivre et développer l’électricité nucléaire est – au contraire- une des manières les plus efficaces de servir le développement durable (…) Toute politique visant à s’en passer relève de l’utopie, voire du mensonge à la population… » [1]
Le Professeur et environnementaliste anglais écologiste James Lovelock déclarait de même : « La plus grosse erreur des écologistes est de ne pas avoir soutenu le nucléaire »  [2].

2. Etat des lieux

Dans le monde occidentalisé, chaque heure du jour et de la nuit, durant 24 h, notre besoin d’énergie est énorme et varié (éclairage, chauffage, transport, communications, bien de consommation, santé, etc…). D’où provint cette énergie ? une énergie primaire sous forme de charbon, de gaz, de pétrole, de vent, de soleil, de noyaux d‘atomes, etc…, laquelle sera convertie en énergie finale utile et consommable, gaz, pétrole, charbon de consommation et électricité. Les sources d’énergie ont varié au cours des siècles et sont encore de nos jours très différentes d’un continent à l’autre, d’un pays à l’autre. Mais leurs effets polluants peuvent toucher toute la planète.
Au début du 20ème siècle deux sources particulières d’énergie sont découvertes : la fission de noyaux atomiques lourds, base de production d’énergie des réacteurs nucléaires et la fusion de noyaux atomiques légers, à l’état de R & D dans les Tokamak. Ces deux sources sont à 0% d’émission de GES.

Au 20ème siècle le besoin en énergie n’a fait qu’augmenter, doublant tous les 25 ans. En occident et aux USA, le coût énergétique restant faible la consommation a pu augmenter et satisfaire aux besoins. La demande mondiale continue d’augmenter et les énergies renouvelables (EnR) seules ne pourront y répondre. Dès lors le dilemme se pose dans l’équation : actualiser la production d’énergie nucléaire et réduire la pollution par les GES ou la supprimer et devoir recourir aux énergies fossiles polluantes, les EnR ne suffisant pas.

Quand on présente un bilan énergétique, il convient de distinguer la part de production d’électricité et la part de consommation énergétique dans les transports, le chauffage et la climatisation  des bâtiments industriels ou privés, dans les industries chimiques, alimentaires , etc… Ainsi en prenant en compte toutes les énergies primaires pour un total d’environ 300 Mtep (Mega tonne équivalent pétrole) la France a actuellement 50% d’énergies fossiles, 41% de nucléaire et le reste en EnR y compris l’hydraulique, la biomasse et la géothermie. Quant à la production d’électricité, elle est assurée par le nucléaire (75%), les EnR (14%) et les énergies fossiles (11%). En Allemagne pour plus de 300 Mtep, la répartition est de 75% d’énergies fossiles, encore 11% de nucléaire et le reste en EnR. Ainsi la France émet 8 fois moins de GES que l’Allemagne et 5 fois moins que la moyenne européenne. L’Allemagne présente de plus le coût le plus élevé du KWh d’électricité. La France a aussi un programme R&D important dans la recherche nucléaire (nouveaux réacteurs, production, exploitation, stockage et retraitement des déchets). La Suède utilise 30% de nucléaire et 35% d’énergies fossiles mais pour un total de seulement 50 Mtep. Les autres pays européens ont des énergies majoritairement à émission de GES (CO₂).

Dans l’U.E. , 126 réacteurs nucléaires sont opérationnels dans 14 pays, 4 sont en construction et 24 sont planifiés. Pour une production d’électricité de 3000 TWh (Tera Watt heure) 49% sont produits par des combustibles fossiles de ressource propre ou importée, 26% sont d’origine nucléaire et le reste provient des EnR (éolien, photovoltaïque, hydraulique). Un mix énergétique EnR /nucléaire permet à l’Europe d’avoir une production d’électricité à 50% non polluante.

Dans le monde les USA, le Canada, la Russie et la Chine  (importants pollueurs) envisagent d’augmenter leur production énergétique d’origine nucléaire. Avant Fukushima, le Japon avec 54 réacteurs était le 3^ièmeproducteur d’électricité nucléaire après les USA (en 1) et la France (en 2). Depuis, 5 réacteurs ont redémarré, 21 ont satisfait les tests et sont en attente des autorisations de reprise et 2 nouveaux réacteurs sont en construction. Depuis 2011, le Japon a donc importé massivement des énergies primaires fossiles, ce qui a augmenté son niveau de pollution en CO₂ et a fait flamber les prix de l’électricité. Différents pays asiatiques (Inde, Vietnam, Indonésie, Corées, …) et de même l’Afrique du Sud prévoient d’augmenter ou de recourir au nucléaire dans leur production d’électricité.

Tous les pays établissent pour le futur des programmes de transition énergétique pour réduire à des degrés divers et selon leurs possibilités l’utilisation des énergies fossiles. L’énergie nucléaire, source d’énergie non polluante en GES, est de ce fait en expansion dans le monde entier.

Pour ces données et celles de la transition énergétique de différents pays, je me réfère aux rapports du Forum Nucléaire belge [3] et aux rapports du CEA français [4] dans lesquels des compléments d’information sont disponibles.

3. La transition énergétique

3.1 Pourquoi : 

1. Les énergies fossiles (gaz, charbon, pétrole) sont très polluantes, d’approvisionnement incertain, variable (en quantité et coût) et stratégiquement instable. On peut rappeler la crise politique de 1973, la flambée des prix du pétrole, les pays arabes cessant d’approvisionner un certain nombre de pays occidentaux. Actuellement, de nouveaux gisements sont exploités en mer du Nord, en Ecosse, en Norvège, etc…
2. L’éolien, le photovoltaïque et autres EnR sont des énergies peu polluantes mais coûteuses, occasionnelles et locales.
3. L’augmentation démographique et celle du niveau de vie dans de nombreux pays ainsi que les problèmes liés au déplacement de populations ne permettent pas de supposer qu’une diminution de la demande en énergie soit significativement possible.
4. Il convient de distinguer les effets de pollution GES lors de la construction de ceux liés à l’exploitation des différents modes de production d’énergie. A la construction, le taux de pollution sera différent selon le type d’approvisionnement en énergie du chantier. À l’exploitation, seules l’énergie nucléaire et les EnR sont non polluantes. Le choix sera dès lors défini en fonction d’autres critères (besoins en énergie, environnement, dangerosité, nuisances, stockage et distribution, etc…).

3.2  Comment :

1.  Il est impératif de diminuer drastiquement la part des énergies fossiles (gaz, charbon, pétrole) dans la production d’électricité, dans les transports (véhicules électriques ou à hydrogène), pour la chaleur industrielle ou domestique (isolation, récupération de chaleur, géothermie urbaine, etc…)[5]. Dans la production d’électricité, les EnR ayant un caractère intermittent, un mix énergétique dans lequel l’énergie nucléaire et les EnR se complètent permet de réduire le recours aux énergies fossiles.

2.  La réduction des émissions de GES est un critère essentiel ainsi que celui de la maîtrise des importations et la garantie de l’approvisionnement. La faisabilité (technologie et coût), la flexibilité (du passage entre différents modes de production), l’acceptabilité par la société sont d’autres critères à évaluer. Dans cette équation du mix énergétique idéal, différents facteurs interviennent également tels que la géopolitique des sources en énergies primaires, la conjoncture économique mondiale, les contrôles de sécurité et les potentialités d’accident, l’évolution en R&D, le stockage des énergies, celui du carbone émis, etc… Cette équation est loin d’être unique car les différents facteurs varient d’un pays à l’autre, d’une région à l’autre (ville/campagne),  d’un régime politique à l’autre, etc…
L’énergie nucléaire répond aux exigences mondiales de la demande croissante d’énergie d’une part et de la nécessité absolue de limiter l’émission des GES. Un mix EnR/énergie nucléaire semble donc la seule solution possible à l’équation énergétique, permettant de réaliser la stabilité du coût du KWh, la sécurité d’approvisionnement, le respect des engagements et contraintes sur les taux d’émission de CO2 ainsi que l’acceptabilité par la société.
L’AIE (Agence Internationale de l’Energie) prévoit au niveau mondial une augmentation de 70% du nucléaire pour 2035 ce qui pour la planète entière ne représente que 13 à 14 % de production d’électricité.

3.  Différents mix énergétiques proposés en Europe, en Asie et dans les deux Amériques sont présentés en Annexe. En Belgique, il y a 7 réacteurs nucléaires (REP : réacteur à eau pressurisée) en activité pour un total de 6000 MWe. Une fermeture est programmée pour l’automne 2025. Comme il semble évident que les EnR ne pourront satisfaire l’ensemble des besoins en énergie, la solution se fera par la reprise en Belgique de centrales aux énergies fossiles augmentant dès lors le taux de pollution ou plus hypocritement en passant des accords pour acheter des KWh aux pays limitrophes (KWh polluants d’énergies fossiles d’Allemagne, situation hiver 2018, ou KWh nucléaires de pays comme la France ou les pays nordiques qui auront programmé un mix énergétique EnR/énergie nucléaire. La Belgique est cependant bien placée au niveau de la R&D nucléaire avec le SCK/CEN de Mol, associé aux centres de recherche des Universités (exemple du programme MYRRHA).

4.  Les problèmes qui se posent :
Les déchets et nuisances : Le nucléaire et les EnR n’émettent pas de CO2 en fonctionnement; c’est durant la période de construction que se situe leur principale consommation d’énergie avec émission de taux plus ou moins important de CO2 selon la source de cette énergie.  Ces émissions indirectes ramenées à la production électrique sur la durée de vie de la source émettrice sont pour le photovoltaïque (70g /KWh), pour l’éolien (18g/KWh) et seulement (2g/KWh) pour le nucléaire [5].
Le problème du traitement des déchets nucléaires a progressé de manière significative à la fois dans la gestion des déchets ultimes et dans l’utilisation de déchets de haute activité (DHA) comme combustibles dans les réacteurs actuels et futurs de 3ème et 4ème générations. Les réacteurs REP utilisent de l’U enrichi (UOX) . L’U non brulé est retraité et enrichi (URE) et le Pu extrait par la même occasion sont recyclés comme combustible (MOX). Les combustibles usés et les actinides mineurs produits sont stockés car ce sont des combustibles potentiels des réacteurs à neutrons rapides (RNR) de 4ème génération. Les déchets radioactifs ultimes sont vitrifiés et stockés pour assurer leur décroissance radioactive avant d’être enfouis dans des couches géologiques profondes [6]. Ce concept est inspiré de l’étude du phénomène d’Oklo au Gabon où un « réacteur naturel » a fonctionné il y a 3 milliards d’années laissant des déchets piégés dans les roches [7 et ici].
Des sites souterrains importants sont en fin de réalisation dans les formations de granite en Suède et Finlande, pays les plus avancés dans ce domaine,  afin d’y stocker certains déchets nucléaires. Les études sont poursuivies sur la transmutation, opération qui permettra de transformer par réaction nucléaire des DHA en éléments de durée de vie plus courte et de radioactivité moindre.

Retraitement, séparation, transmutation, stockage géologique sont différentes possibilités exploitées pour une meilleure gestion des déchets; séparation des déchets de faible et moyenne activité (DFMA) de ceux de haute activité (DHA) et séparation selon les durées de vie. La durée de vie n’est pas une mesure du risque, c’est l’activité radioactive qui est le critère important. Pour une quantité donnée d’élément radioactif, plus la ½ vie est longue plus son activité relative à un instant donné est faible donc moins grave.
Les nouveaux réacteurs EPR (génération 3) et RNR (génération 4)[8] présentent une sécurité accrue et produisent nettement moins de déchets, en particulier de haute activité et longue durée de vie.

En Belgique, le parc nucléaire produit par habitant et par an +/- 1Kg de déchet dont 100g de haute activité. La gestion des déchets nucléaires est très transparente ce qui ne fut pas le cas dans le passé des déchets industriels divers toxiques (retrouvés parfois dans des décharges sauvages).
Les (DFMA) constituent +/- 90% des déchets nucléaires provenant des centrales mais aussi des industries et des hôpitaux. De faible intensité ils ne représentent que 1% du total de la radioactivité et ne constituent donc pas un réel problème.

En +/- 50 ans le nucléaire a connu 3 accidents majeurs [9] : en 1979 Three Mile island (USA) imputable à une erreur humaine, le bouclier de confinement ayant été efficace, il n’y a pas eu de nuisance importante à l’extérieur; en 1986 Tchernobyl en Ukraine–URSS où mal façon dans la construction, mauvaise gestion et violation des règles de sécurité ont entrainé la fonte du cœur du réacteur, Fukushima en 2011, une succession presque improbable de phénomènes naturels désastreux (un tremblement de terre de magnitude 9, suivi d’un tsunami de plus de 10m). Ce dernier accident est le résultat de conditions totalement exceptionnelles mais il a eu lieu et il faut en tirer les leçons. Les avis convergent vers un renforcement de  la sécurité et des contrôles de même que vers la construction exclusive de réacteurs modernes de 3ème génération.
Les accidents nucléaires sont très peu nombreux en comparaison des accidents et intoxication provenant par exemple des industries chimiques (Bhopal, Seveso, Toulouse, Eternit, etc…).
Pour l’électricité d’origine EnR (éolien, photovoltaïque,…) se posent, outre les nuisances de bruit et d’intégration dans l’environnement, des problèmes de transport et de stockage en batteries. Les EnR sont davantage destinées à des productions et utilisations locales. De même la construction (moteur et batterie) des voitures électriques actuelles les rend indirectement très polluantes en GES [10].

L’approvisionnement en énergies primaires (gaz, pétrole) est soumis à la politique générale et à celle des pays producteurs (exemple de la crise politique de 1973, les pays arabes cessant d’approvisionner en pétrole les pays occidentaux, produisant la flambée des prix et une crise de l’énergie). Le prix du baril de pétrole peut ainsi varier fortement en fonction des relations avec les pays producteurs. En mer du Nord, en Ecosse et en Norvège de nouveaux gisements sont découverts et exploités.
Pour le nucléaire la situation est différente  et le sera d’avantage dans le futur car les réacteurs  recyclent déjà une part du combustible (Mox) et les nouveaux types de réacteurs pourront opérer plusieurs recyclages et pour certains utiliser d’autres types de combustibles nucléaires (Pu de recyclage, U appauvri issu des REP, actinides provenant des déchets, etc …..). En France ces réacteurs pourraient fournir de l’électricité pendant des milliers d’années avec le seul U appauvri actuellement stocké et disponible. Les quantités de combustible nécessaire par KWh sont ainsi totalement en faveur du nucléaire [11].

Le transport, le stockage : L’électricité produite doit pouvoir être stockée et transportée vers son lieu d’utilisation. Il faut donc exploiter, gérer et financer un réseau de distribution sans perte trop importante d’énergie. Le développement de batteries de stockage est important pour réguler l’apport sur réseau dans le cas de l’électricité d’origine photovoltaïque et éolienne, étant donné le caractère intermittent des énergies primaires (vent, soleil). Ces EnR sont actuellement davantage destinées à des productions et utilisations locales. Le problème du stockage en batterie se pose de manière analogue pour les voitures électriques. La construction des batteries actuelles les rende indirectement très polluantes en GES.

5. EnR et R&D dans la production d’énergie nucléaire.
Comme mentionné précédemment les nouveaux réacteurs nucléaires dits de 3ème génération sont les REP de plus grande sécurité en exploitation et pouvant utiliser plusieurs fois des combustibles recyclés ce qui permet de répondre en partie au problème de l’approvisionnement et à celui du traitement de certains déchets nucléaires. La 4ème génération à l’étude dans différents pays, est notamment celle des réacteurs couplés et pilotés par un accélérateur de particules (ADS) fournissant le flux de neutrons (rapides)  produisant la fission dans le réacteur. Cette nouvelle technologie est hautement sécurisée, le réacteur étant toujours sous-critique. Un ADS permet d’utiliser comme combustible du réacteur des déchets hautement radioactifs. De plus l’accélérateur de particules dans le système ADS permet de réaliser la transmutation de déchets de longue durée de vie et forte activité en éléments de durée de vie plus courte et de plus faible activité. En Belgique le centre SCK/CEN de Mol vient de recevoir un financement important du gouvernement belge (558 millions €) pour construire MYRRHA, premier prototype d’un réacteur nucléaire piloté par un accélérateur [12].

Dans le domaine des EnR de type éolien et photovoltaïque de nombreux programmes de recherche sont dédiés en particulier à l’amélioration de la rentabilité, aux batteries de stockage et aux réseaux de distribution [13]. Ces installations nécessitent des semi-conducteurs chargés du transport efficace de l’électricité. Le silicium dopé aux neutrons est la solution idéale pour ces applications à haute puissance électrique. Il en va de même pour les voitures hybrides et trains à grande vitesse.La production de silicium dopé aux neutrons est l’une des spécialités du réacteur BR2( Mol) et la  capacité d’irradiation représente environ 20 % de la production mondiale actuelle. Ici aussi la demande ne cesse de croître. MYRRHA sera appelé à l’avenir à prendre en charge cette demande, utilisant les neutrons produits par l’accélérateur.

 

Conclusions

Un plan de production d’énergie basé sur le charbon produit 30 à 40 fois plus de CO2 qu’un plan identique basé sur le nucléaire. En Europe 50% de la production d’électricité provient toujours des énergies fossiles très polluantes en GES.  Le nucléaire représente 30% de la production d’électricité et contribue donc à limiter la production de CO2 tout en garantissant des coûts bas et stables.

L’impact de la réduction de CO2 par l’Europe restera marginal si les pays qui actuellement émettent énormément de CO2 (l’Asie, les Amériques,…) ne réduisent pas leurs émissions. L’énergie nucléaire répond aux exigences mondiales de la demande croissante d’énergie d’une part et de la nécessité absolue de limiter l’émission des GES afin de préserver la biodiversité et l’équilibre de la planète

La seule solution possible de l’équation énergétique est en faveur d’un mix énergétique EnR / énergie nucléaire dont la forme sera certes variable d’une région à l’autre, d’un pays à l’autre et dans le temps en raison des avancées en R§D. Il est plus qu’urgent que des solutions réalistes soient définies et rapidement mises en chantier. La R&D et les investissements nécessaires nécessitent un financement important sur de nombreuses années et la construction avant exploitation prendra également de nombreuses années. Les décisions sont difficiles mais plus que nécessaires et les NON-décisions seront catastrophiques pour l’avenir.

 

 

Notes

1. RDT info Magazine la recherche européenne 40/ Février 2004
2. James Lovelock’s web site
3. Forum nucléaire Belge https://www.forumnucleaire.be
4. Clefs CEA,N°65 (2018) « La transition énergétique »
5. Clefs CEA N°61 (2013) « Les énergies bas carbone »
6. Pour 1000T d’UOX, on a 10T de Pu extrait et recyclé, 800T d’URT entreposé comme futur combustible, 150Td’URE combustible et 40T de déchets à vitrifier.
7. CEA Bulletin d’Information Scientifique et Techniques 193 (1974)
8. Clefs CEA N°55 (2007) « Systèmes nucléaires du futur »
9. Rapport « Commission Ampère 2000 » en Belgique, Rapport du « Paul Scherrer Institute » en Suisse
10. Pour la Science N°493, novembre 2018
11. Pour 100 MWh il faut 0.35 Kg de UOX (oxyde d’U enrichi en ²³⁵U) ou 30.000 Kgs de charbon
12. http://myrrha.sckcen.be, http://isolmyrrha.sckcen.be
13. Clefs CEA, N°65 (2018) « La transition énergétique »

 

Cet article a été publié dans Le Soir du 27 novembre 2018.