L’utilisation de l’énergie nucléaire pour produire de l’électricité a de nouveau le vent en poupe dans plusieurs pays. Cette filière est présentée comme une solution d’avenir, car moins productrice de gaz à effets de serre, alors qu’il faut lutter contre le réchauffement climatique. Mais ses adversaires, pour qui l’énergie nucléaire n’a rien d’inoffensif pour l’environnement, soulèvent l’épineuse question des déchets nucléaires, de la sécurité des réacteurs et de l’approvisionnement en minerai d’uranium.
Quelles sont les étapes de l’extraction de l’uranium à la production d’énergie nucléaire ?
Prenons l’exemple de la France. Elle importe environ 8000 tonnes d’uranium chaque année pour faire tourner ses 56 réacteurs répartis dans 18 centrales nucléaires. Le minerai d’uranium est appelé uraninite, ou pechblende. Il est plus abondant dans la nature que l’or ou l’argent surtout dans les roches granitiques et sédimentaires. L’uranium est extrait principalement de mines situées au Canada, au Kazakhstan et au Niger. Ensuite, le minerai est dissout et traité pour produire une poudre – le Yellow Cake. Cette poudre est ensuite acheminée vers la France pour être purifiée à l’usine de Malvési (Aude). Après la phase de purification, le Yellow Cake est envoyé à Pierrelatte (Drôme), dans le sud-est du pays, pour obtenir un produit sous forme de gaz très concentré en uranium.
Avant de procéder à la fabrication du combustible, l’uranium est enrichi en isotope 2351 (le type d’atome). C’est uniquement ce type d’isotope qui est capable de fissionner et donc d’engendrer de l’énergie. L’enrichissement est assuré par des centrifugeuses dans l’usine de Tricastin (Drôme), dans le sud-est de la France. Puis, une fois enrichi, l’uranium est convoyé vers Romans (Isère) pour sa transformation en pastilles qui forment des combustibles dits « crayons », placés au cœur du réacteur d’une centrale nucléaire. Le combustible alimente ainsi un réacteur pendant environ quatre ans.
1 L’uranium 235, est l’isotope de l’uranium dont le nombre de masse est égal à 235 : son noyau atomique compte 92 protons et 143 neutrons.
Le schéma de fonctionnement d’un réacteur nucléaire. © IRSN
Qu’est-ce qu’un EPR ?
L’EPR (Evolutionary Power Reactor) est un type de réacteur nucléaire dit « de troisième génération ». Il fonctionne sur le même principe que les autres modèles existants en France.
L’énergie produite par la fission des atomes d’uranium chauffe l’eau d’un premier circuit qui va, par l’intermédiaire d’un générateur de vapeur, chauffer l’eau d’un second circuit indépendant et la transformer en vapeur qui fait tourner une turbine. L’électricité est ensuite produite par un alternateur et injectée dans le réseau.
La seule différence avec les générations précédentes c’est que l’EPR est construit en suivant des nouvelles normes de sécurité nationales et internationales, mises en place après l’accident de Fukushima au Japon en mars 2011. Afin de diminuer le risque d’accident grave, un troisième circuit de refroidissement est mis en place. Il sert notamment à ramener de l’eau pour empêcher le cœur du réacteur de fondre et de fusionner avec d’autres unités comme c’était le cas à Fukushima. Ce circuit supplémentaire a pour but de limiter les rejets de radioactivité vers l’extérieur.
En outre, un réacteur EPR a une puissance qui peut attendre 1 660 MW (mégawatts). Il est supérieur aux réacteurs de générations précédentes qui varient entre 900 et 1 450 MW. Selon EDF (Électricité de France), un EPR doit produire environ 30 % de déchets radioactifs en moins. Le premier réacteur EPR est en construction à Flamanville (Manche) dans le nord-ouest de la France. Le chantier a débuté en 2007, mais la construction accuse des retards importants.
Les organisations de protection de l’environnement comme Greenpeace ou le Réseau Sortir du nucléaire, critiquent la construction de l’EPR à Flamanville en l’estimant dangereux. Le projet est « affecté par de nombreux défauts de conception » et l’EPR « a vu ses coûts de construction passer de 3,3 à près de 10,5 milliards d’euros. », estime le Réseau Sortir du nucléaire.
Le réacteur nucléaire EPR en construction à Flamanville, en France, le 16 juin 2013. © CHARLY TRIBALLEAU / AFP
Qu’est-ce qu’un petit réacteur nucléaire ?
En octobre 2021, le président français Emmanuel Macron a présenté le projet pour la filière nucléaire jusqu’en 2030 et des investissements de plusieurs milliards d’euros dans la technologie des petits réacteurs modulaires. Ces réacteurs PRM, en anglais SMR (Small Modular Reactors), fonctionnent sur les mêmes principes que les grands réacteurs des centrales actuelles. Ils sont de puissance et de taille plus faibles : de 10 à 300 MW et d’environ 25 mètres de hauteur et 4 mètres de diamètre. Ces réacteurs peuvent être fabriqués en usine et transportés vers le site d’installation. La conception des PRM permet d’accroitre la sécurité des systèmes en supprimant les soudures qui ont posé beaucoup de soucis lors de la construction de certains EPR (notamment à Flamanville).
Le premier PRM fonctionne depuis 2020, dans le port de Pevek en Sibérie. Installée sur un bateau, la mini centrale nucléaire comporte deux réacteurs de 35 MW et alimente la ville de 100 000 habitants. Cette technologie permet surtout de couvrir en énergie les régions isolées ou de renforcer les réseaux électriques de faible puissance.
Le nucléaire : énergie verte ou énergie polluante ?
L’énergie nucléaire n’émet que très peu de CO2 mais ne peut pas être considérée comme une énergie propre.
Premièrement, lors de l’extraction de l’uranium, les mineurs peuvent être exposés aux rayonnements et inhaler les poussières radioactives. Ensuite, le traitement du minerai sur place exige une série d’opérations chimiques très polluantes pour l’environnement.
Puis, le fonctionnement des centrales nucléaires génère de grandes quantités de déchets : chaque année, environ 7 000 tonnes de déchets radioactifs (majoritairement de l’uranium appauvri) sont produites en France. Par ailleurs, tous les ans, 1 200 tonnes de combustible usé, une fois sorties du cœur du réacteur, sont refroidies dans des piscines à côté des réacteurs nucléaires. Cette quantité n’est pas officiellement comptabilisée comme des déchets radioactifs par les autorités, car elle est considérée comme recyclable, estime Greenpeace.
Après leur période d’utilisation, les crayons combustibles doivent en effet être refroidis et, pour cela, ils sont placés dans des piscines sur le site de La Hague (Manche), dans l’ouest de la France, durant plusieurs années. Ce n’est qu’une fois refroidi que le combustible hautement radioactif peut être conditionné et préparé pour le stockage. Seulement 15 % des matières radioactives sont recyclées et sont utilisées à nouveau trois années supplémentaires. Le reste du combustible est très peu recyclé : 1% du plutonium sert à fabriquer le combustible MOX, un cocktail de matières radioactives utilisé dans certains réacteurs comme l’EPR. Le reste est définitivement enfoui très profondément dans les couches géologiques. Une partie des déchets radioactifs est également envoyée en Sibérie (Russie).
La gestion de ces déchets, est un sujet sensible et reste très polémique. L’agence Nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA) prévoit de construire un centre de stockage à 500 mètres sous terre, près de Bure (Meuse), dans l’est de la France. Pour rappel, ces combustibles usés restent radioactifs pendant très longtemps : de plusieurs centaines à plusieurs dizaines de milliers d’années.
En outre, la filière nucléaire utilise une grande quantité d’eau presque autant que l’industrie pétrolière. Le rejet de l’eau chaude utilisée par le circuit de refroidissement dans les rivières ou les fleuves, provoque l’augmentation de la température de l’eau déséquilibrant l’écosystème de la flore et de la faune aquatique à proximité des installations.
Reste que sur l’approvisionnement en uranium, un autre défi se pose pour l’industrie nucléaire. Les réserves rentables de cette ressource, en l’état actuel, sont de 5,9 millions de tonnes. Si l’innovation ne permet pas de découvrir des méthodes de production moins gourmandes en uranium et que la demande mondiale de ce minerai ne fluctue pas, le délai avant l’épuisement de ces stocks est estimé à un siècle.
Quelle est la durée de vie d’une centrale nucléaire ?
En général, il n’y a pas de durée fixe et les règlementations sur les durées d’exploitation des centrales nucléaires varient selon les pays.
Selon, l’Institut de Radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), techniquement, les centrales nucléaires ont été conçues et construites à l’origine pour fonctionner au moins 25, 30 ou 40 ans au maximum. Mais avec l’évolution des connaissances et des technologies, les centrales actuellement en fonctionnement ont été améliorées au fil des années pour continuer à fonctionner avec le plus haut niveau de sûreté possible, et elles pourraient donc éventuellement dépasser ces durées.
Par exemple, aux États-Unis, la durée prévue d’exploitation de chaque centrale nucléaire a été fixée dès l’origine à 40 ans. Or, ces dernières années, plusieurs centrales ont vu leur autorisation de fonctionnement prolongée à 60 ans.
En France, la gestion de la durée de vie des réacteurs est différente. L’autorisation pour chaque centrale est délivrée pour une période de 10 ans. À l’issue de cette période, une visite décennale est organisée pour effectuer des contrôles et confirmer le niveau de sûreté de l’installation. Si tous les contrôles sont satisfaisants, une nouvelle autorisation est donnée pour une période supplémentaire de 10 ans.
Selon la SFEN (Société française de l’énergie nucléaire), l’amélioration des connaissances sur les mécanismes de dégradation, les bonnes pratiques de gestion du vieillissement, passant par une surveillance de la dégradation, et un programme de maintenance adapté, sont les outils permettant d’envisager une poursuite de la durée d’exploitation, au-delà de celle initialement envisagée à la conception, en général 40 ans. En Europe, quelques centrales parmi les plus anciennes sont déjà autorisées à poursuivre leur exploitation au-delà de la durée de conception. En France, EDF et l’ASN (Autorité de sûreté nucléaire) envisagent également de prolonger le fonctionnement de certaines centrales conçues à l’origine pour être utilisées pendant 40 ans.
Mais Greenpeace estime que face à de nombreux incidents et anomalies qui sont révélés régulièrement sur les centrales nucléaires en France, leur utilisation au-delà de la date de durée de vie prévue à l’époque de leur construction (40 ans) n’est pas une bonne solution. L’ONG de défense de l‘environnement rappelle que 2/3 des réacteurs nucléaires en France sont vieillissants et approchent la date de limite de leur exploitation.
Quels sont les risques de catastrophes nucléaires ?
L’industrie nucléaire a connu jusqu’à présent trois accidents majeurs. L’accident de Three Mile Island près de Washington en 1977 a été provoqué par une panne dans le réseau secondaire du refroidissement du cœur du réacteur. Même si le combustible avait fondu en grande partie, les systèmes de sécurité et de confinement du réacteur ont fonctionné correctement empêchant la propagation des matières radioactives dans la nature. Par précaution, environ 200000 personnes ont fui la région.
En avril 1986, l’un des réacteurs de la centrale de Tchernobyl, en Ukraine, a subi des dommages dans son cœur à la suite d’une surchauffe. Le système de sécurité est resté désactivé et n’a pas pu empêcher la dispersion d’un nuage radioactif dans l’atmosphère, avec de très graves conséquences autour de la centrale, alors que, partout en Europe, la radioactivité a alors dépassé les normes autorisées.
En mars 2011, la catastrophe de Fukushima est causée par le tsunami qui a touché les côtes japonaises. Même si les réacteurs sont arrêtés leur refroidissement n’est plus assuré et provoque une réaction en chaîne : la fusion des trois réacteurs et la destruction de l’étanchéité.
L’accident de Three Mile Island et surtout celui de Fukushima ont montré l’importance du refroidissement dans les premiers jours suivant l’arrêt d’un réacteur.
Les concepteurs de nouvelles centrales prennent en compte les défaillances de conception des centrales accidentées afin d’améliorer la sécurité des circuits de refroidissement et l’alimentation électrique des pompes à eau froide. Les nouveaux réacteurs EPR, sont conçus avec un double circuit de sécurité.
Les conséquences d’un accident au sein d’une centrale nucléaire peuvent être particulièrement graves pour la population et l’environnement. Les villes de Tchernobyl et de Fukushima sont aujourd’hui des lieux désertés par la population car la radioactivité y reste encore trop élevée. Les impacts d’un accident nucléaire se mesurent à plusieurs échelles. À Tchernobyl, il y a eu 31 victimes immédiatement après l’explosion du réacteur. Mais les scientifiques estiment que la dispersion du nuage radioactif a exposé la population à un rayonnement ionisant bien supérieur à la limite réglementaire pour les humains. Le nombre de victimes pourrait s’élever entre 9 000 et 33 000 victimes pour la période 1986-2036, estime l’Agence pour l’énergie nucléaire de l’OCDE dans un rapport. Pour la population japonaise aux alentours de Fukushima aucun bilan sanitaire réel n’est publié à ce jour.
Le troisième bâtiment de la centrale nucléaire de Fukushima, au nord du Japon, le 28 février 2012. © YOSHIKAZU TSUNO / POOL / AFP
Quelle est la différence entre la fission et la fusion nucléaire ?
La fission consiste à projeter un neutron sur un atome lourd instable (uranium 235 ou plutonium 239). Ce dernier éclate alors en 2 atomes plus légers. Cela produit de l’énergie, des rayonnements radioactifs et 2 ou 3 neutrons capables à leur tour de provoquer une fission. C’est le mécanisme de la réaction en chaîne. C’est ce phénomène physique qui est utilisé pour faire marcher les réacteurs dans les centrales.
De son côté, la fusion consiste à rapprocher deux atomes d’hydrogène à des températures de plusieurs millions de degrés, comme au cœur des étoiles. Lorsque ces noyaux légers fusionnent, le noyau créé tente de retrouver un état stable en éjectant un atome d’hélium et un neutron : ce phénomène crée une grande quantité d’énergie.
Pour déclencher une réaction de fusion nucléaire, il est nécessaire d’apporter une grande quantité d’énergie : pas loin de 200 millions de degrés Celsius.
La fusion, si elle devenait possible, serait-elle l’énergie propre du futur ?
Utiliser le phénomène de fusion nucléaire peut être une solution pour produire de grandes quantités d’énergie avec peu de matière première et sans émissions de gaz à effet de serre.
Le potentiel énergétique des réactions de fusion est supérieur à toutes les autres sources d’énergie actuellement exploitées sur notre planète. La fusion d’atomes d’une manière contrôlée libère une énergie près de quatre millions de fois supérieure à celle que génèrent des réactions chimiques telles que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz naturel et quatre fois supérieure à celle de la fission nucléaire. Il est important de souligner que la fusion thermonucléaire ne produirait aucun déchet de haute activité. Autrement dit, les petites quantités de déchets perdent le rayonnement dangereux au bout d’une dizaine d’années.
À Saint-Paul-lès-Durance dans les Bouches-du-Rhône, le réacteur expérimental à fusion – ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – est en construction. Ce projet rassemble 35 pays qui investissent au total 20 milliards d’euros dans ce réacteur en forme cylindrique de 23 000 tonnes. Les premières expériences sont prévues pour 2035 et si elles prouvent la possibilité de construire des centrales basées sur ce type de réacteur leur exploitation ne sera possible que vers la fin du XXIe siècle.
L’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) à Saint-Paul-les-Durance, sud-est de la France, le 28 juillet 2020. © CLEMENT MAHOUDEAU / AFP
Par Nenad Tomic, publié le 08/03/2022 à 15h52
Photo en titre : Le projet de réacteur sous pression européen (EPR) à Flamanville, dans le nord-ouest de la France, le 16 novembre 2016. © CHARLY TRIBALLEAU / AFP
https://www.rfi.fr/fr/connaissances/20220308-l-%C3%A9nergie-nucl%C3%A9aire-en-huit-questions
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