Quand le nucléaire ne produit (presque) plus de déchets

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Après avoir milité pour la vaccination, Bill Gates est désormais engagé dans la lutte contre le réchauffement climatique. Dans son dernier livre “Climat : comment éviter les catastrophes”, il est un fervent défenseur de l’énergie nucléaire. “La seule source sans carbone capable de distribuer de l’énergie de manière fiable”, plaide le fondateur de Microsoft. Et il veut le prouver. Sa startup, TerraPower, installera un démonstrateur Natrium, un petit réacteur électrique de 350 mégawatts (MWe) (ceux de nos centrales sont de 900 MWe et plus) sur le site d’une ancienne centrale à charbon du Wyoming.

Cette machine sera refroidie au sodium. Un élément qui supporte des températures bien supérieures à celles de l’eau normalement utilisée, ce qui simplifie son architecture et limite son coût à 1 000 millions d’euros selon TerraPower. Mieux encore, le cycle du combustible serait beaucoup plus efficace, réduisant de deux tiers la quantité de déchets radioactifs par mégawatt produit par rapport à un gros réacteur. Mise en service prévue en 2027.

Si le nucléaire a encore de nombreux détracteurs et divise les pays européens, force est de constater qu’il connaît un retour en grâce, et pas seulement avec Bill Gates. Emmanuel Macron dit vouloir lancer la construction de six mégaréacteurs EPR. Bruxelles l’estime écologiquement correct, lui accordant provisoirement le financement avantageux de la « taxonomie ». La Chine compte dix-huit centrales électriques en construction. Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), les capacités installées d’ici 2050 pourraient doubler pour atteindre 792 GW, soit 12 % du mix énergétique mondial (contre 10,2 % aujourd’hui). Thierry Breton, commissaire européen au Marché intérieur, estime, pour sa part, que l’Union devra « investir 500 000 millions d’euros dans la nouvelle génération de centrales » à ce même horizon.

Selon ses promoteurs, l’énergie nucléaire restera indispensable pour contenir le réchauffement climatique à 1,5 degré. Ses émissions de CO2 sont quasi nulles et il a l’avantage d’être “contrôlable”, c’est-à-dire de fournir à la demande, contrairement au solaire ou à l’éolien. « La transition énergétique ne se fera pas sans l’atome. Les renouvelables intermittents ne suffiront pas », estime Valérie Faudon, déléguée générale de la Société française de l’énergie nucléaire (SFEN), qui regroupe les acteurs de la filière.

Si cette nouvelle impulsion se concrétise, elle s’accompagnera d’innovations radicales visant à résoudre les deux handicaps de l’énergie nucléaire, son coût croissant et la gestion des déchets radioactifs. L’accident de Fukushima en mars 2011 a poussé les autorités nucléaires à durcir les règles de sûreté et donc à étendre la construction de centrales. Pas loin de dix ans en moyenne, presque un doublement depuis 1990 (et parfois beaucoup plus, comme dans le cas de l’EPR de Flamanville, un réacteur de génération III). Ce qui érode sa compétitivité : Le coût actualisé moyen de l’électricité nucléaire était de 69 $ par mégawattheure (MWh) en 2020, supérieur à celui des grands parcs solaires et éoliens terrestres (50 $ et 56 $ par MWh), selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE). ). ). Ainsi, la question du traitement des combustibles usés, qui restent pour une faible part radioactifs pendant des centaines de milliers d’années, n’est pas résolue.

A l’exception d’un centre américain, réservé à l’armée, aucun site de stockage de déchets de haute activité n’a été mis en place. La Finlande en ouvrira une en 2025, tandis que la Suède et la France (à Bure, dans la Meuse) ont des projets similaires. En attendant, les capacités de stockage de ces déchets ne sont pas illimitées, comme dans les usines Orano de La Haye, qui pourraient être à saturation en 2030.

Pour limiter les coûts et les risques, plusieurs pays espèrent mettre en service d’ici la fin de la décennie les SMR (petits réacteurs modulaires), versions réduites des centrales actuelles, d’une puissance comprise entre 30 et 300 MW. Selon certains experts, ces SMR pourraient fournir 10 % de l’électricité nucléaire d’ici 2040, remplaçant les centrales à charbon, alimentant les usines de dessalement, ou encore la production d’hydrogène. Le nucléaire flexible en quelque sorte. Les SMR ne résoudraient pas le problème des déchets, mais ils seraient moins dangereux car leurs petits réacteurs ne risqueraient pas d’accélérer ou de fondre. Son édition serait réduite à moins de trois ans. “Ils seront constitués de modules standardisés fabriqués en usine, qu’on assemblerait comme un Lego”, résume celui d’EDF, où ils travaillent, avec Naval Group, sur le SMR Nuward, annoncé pour 2032. Composé de deux Des réacteurs de 170 MW, il servira à l’export.

La machine tricolore devra faire face à une concurrence sérieuse puisque l’AIEA compte 72 projets dans le monde. Pour le moment, une seule est en service : la mini-centrale flottante russe Akademik Lomonosov de 70 MWe. Aux États-Unis, les SMR sont soutenus à la fois par le Department of Energy (2,5 milliards de dollars de subventions déjà prévues) et une série de start-up, dont les plus avancées comme TerraPower, X-Energy et NuScale assurent qu’elles fonctionneront. sa première machine avant 2030. Même horizon pour Rolls-Royce qui, à la tête d’un consortium privé soutenu par le gouvernement britannique (2 000 millions d’euros d’aides annoncées pour le nouveau nucléaire), veut construire 16 SMR au Royaume-Uni d’ici 2050 .

La partie pour les SMR a à peine commencé qu’un autre jeu est annoncé, celui de Génération IV. Le concept date d’une vingtaine d’années et bénéficie du soutien des principaux acteurs du nucléaire civil (douze pays, dont les États-Unis, la Chine, la Russie, la France), désireux de mutualiser une partie de leur R&D pour concrétiser le concept. . Objectif, imaginer des systèmes nucléaires capables d’utiliser de l’uranium naturel ou appauvri -et non enrichi comme c’est le cas actuellement-, qui permettrait de produire 50 à 100 fois plus d’électricité avec la même quantité de minerais. « Des réacteurs de quatrième génération permettraient aussi de réduire drastiquement les déchets, explique Bertrand Morel, directeur de la R&D chez Orano, spécialiste du retraitement des déchets. Ils pourraient régénérer les combustibles usés des centrales électriques d’aujourd’hui, y compris le plutonium (déjà partiellement recyclé dans les réacteurs français). Et aussi en brûlant les actinides mineurs, ce qui réduirait le volume et la radiotoxicité de ce dernier résidu à vie longue, le ramenant à « seulement » 300 ans.

La première technologie testée fut celle des réacteurs dits à neutrons rapides, qui, contrairement au parc actuel, fonctionnaient sans modérateur (la substance qui ralentit les neutrons pour optimiser la réaction nucléaire en chaîne, aujourd’hui l’eau légère). La Chine possède également un prototype de 20 MW inauguré en 2011 et en construit un second. Les Russes, pour leur part, ont raccordé leur premier réacteur à neutrons rapides au réseau en 2016. Enfin, les Américains disposent de deux petites unités expérimentales et l’Inde en achève une.

Et la France ? Il semblait prêt à concurrencer en tête Astrid (Advanced Technological Sodium Reactor for Industrial Demonstration), qui était un projet de réacteur rapide refroidi au sodium liquide de 600 MWe. Son efficacité énergétique aurait été bien supérieure à celle des réacteurs installés et c’était une solution pour éliminer nos stocks de combustibles usés. Seules les difficultés techniques et le coût élevé -5 000 millions d’euros, dont 738 millions avaient déjà été investis fin 2017- ont conduit le Gouvernement à stopper les dépenses durant l’été 2019. « Puisque les réserves d’uranium dans le monde sont déjà bien au-delà d’un siècle de consommation, le projet n’était plus considéré comme prioritaire », explique Jean-Claude Garnier, responsable du programme Génération IV au Centre de l’énergie atomique (CEA).

Une autre technologie de quatrième génération semble prometteuse : les réacteurs dits à sels fondus. Ce sont des unités qui utilisent également de l’uranium appauvri et du plutonium, non pas sous forme solide mais dissous dans des sels liquides qui circulent directement dans le réacteur à pression ambiante (et non à haute pression comme la vapeur dans un réacteur classique). Comme il n’y a pas de risque d’explosion, les réservoirs seraient plus simples dans leur conception et les installations de confinement seraient moins coûteuses.

Il reste à contrôler les réactions chimiques d’un tel système. Plusieurs projets sont en cours au Canada, aux États-Unis et au Japon. La Chine et l’Inde sont également intéressées car ces réacteurs permettraient l’utilisation d’un autre combustible très bon marché, qu’elles ont en abondance dans leur sol, le thorium. Faiblement radioactif, il peut être transformé assez facilement en élément fissile avec un excellent rendement et un minimum de déchets. Naarea, considérée comme l’une des start-up françaises les plus prometteuses du secteur, travaille également sur un mini-réacteur à sels fondus de 40 MW qui utiliserait un mélange de thorium et de combustible nucléaire usé, une solution qui fonctionnerait sans déchets. Qu’il s’agisse de réacteurs à neutrons rapides ou à sels fondus, cette génération IV ne devrait pas entrer en service avant 2040.

Et puis il y a la dernière frontière, la fusion nucléaire, que les chercheurs ont devinée pendant 70 ans. Il s’agirait de reproduire dans un réacteur géant ce qui se passe au cœur du soleil. En soumettant les atomes d’hydrogène à une température ultra-élevée, ils peuvent en fait fusionner, libérant une quantité phénoménale d’énergie avec un rendement énergétique plus de 200 fois supérieur à celui du pétrole. Sur le papier, les avantages de cette technologie sont nombreux. Il laisse peu de résidus et la radioactivité de son combustible, un mélange de deutérium et de tritium, est divisée par deux tous les douze ans.

Mais une véritable prouesse s’impose : pousser le thermomètre à des millions de degrés pour créer la fusion, puis enfermer le plasma là où elle a lieu en créant un champ de confinement magnétique (il existe un autre procédé utilisant les lasers, le confinement inertiel, pour lequel la recherche est moins avancée ). Une fois que la fusion a créé plus d’énergie qu’il n’en faut pour la déclencher, la réaction pourrait être auto-entretenue. – d’une énergie inépuisable.

Tout cela est très complexe, mais les scientifiques progressent. Un démonstrateur coréen est ainsi parvenu début 2021 à maintenir un plasma à 100 millions de degrés pendant trente secondes. Son équivalent chinois a atteint 120 millions de degrés pendant 101 secondes l’été dernier. La France joue également un rôle clé dans cette recherche : à Cadarache, près d’Aix-en-Provence, nous construisons Iter, le plus grand réacteur de fusion nucléaire civil, fruit de la coopération de 25 pays, qui sera équipé de l’aimant le plus puissant jamais construit. Cette installation pharaonique, au coût gigantesque – les dernières estimations s’élèvent à 44 000 millions d’euros – devrait être mise en service progressivement à partir de 2026. Une dizaine d’années plus tard, Iter devrait pouvoir produire pendant quelques minutes, voire une heure, une puissance équivalente pour que. d’une centrale électrique conventionnelle, générant un bilan énergétique positif. L’aventure fusion ne fait que commencer…

technologies à venir

  • 2030 : SMR (“Petit Réacteur Modulaire”)

Les start-up américaines qui se sont lancées dans la conception de ce type de mini-réacteurs, destinés à remplacer les centrales au charbon, annoncent les premiers démarrages pour la fin de la décennie.

Si, comme l’espère EDF, un programme de six EPR2, la version simplifiée du réacteur en cours de construction à Flamanville (Manche), débute en 2023, l’un d’entre eux pourrait être raccordé au réseau en 2035.

Ces réacteurs dits de quatrième génération fonctionneraient à l’uranium naturel et utiliseraient beaucoup moins de minerai. La clé est une réduction significative des déchets.

Une technologie révolutionnaire qui promet une énergie quasi inépuisable avec un minimum de déchets radioactifs. Mais il est extrêmement difficile à mettre en œuvre à grande échelle.

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