Automates Intelligents : L'énergie nucléaire de 4ème génération

Un consensus semble progressivement s'établir, en Europe comme dans le reste du monde, sur la nécessité de définir dès maintenant les phases scientifiques et industrielles permettant d'assurer le remplacement des réacteurs installés depuis une quarantaine d'années et arrivant dans leurs dernières années ou décennies de fonctionnement. Il s'agit d'un élément politique, économique et scientifique majeur, dont on n'a pas suffisamment, en France non plus qu'en Europe, noté l'importance, ni envisagé en pleine transparence les conséquences à en tirer. Nous examinerons dans cette note les bases de ce consensus, ainsi que les propositions des experts français et américains (ces derniers soutenus pleinement par leur gouvernement) pour en tirer parti.

Ce consensus repose sur les bases suivantes :

- L'énergie nucléaire est indispensable pour faire face à ce qui est désormais présenté comme le plus grand risque que courra l'humanité durant les prochains siècles, c'est-à-dire le réchauffement de la température du globe lié à l'émission de gaz à effet de serre. Il s'agit d'un changement majeur dans l'approche des "conservationnistes", c'est-à-dire des protecteurs des équilibres naturels. Il oblige à remettre radicalement en cause les mots d'ordre des lobbies anti-nucléaires, sauf lorsque ceux-ci insistent sur la nécessité de veiller plus que jamais à la sécurité des exploitations. Les risques présentés par l'énergie nucléaire, que personne ne nie, sont sans communes mesures avec ceux découlant de l'usage toujours accru de carburants fossiles. Ils sont par ailleurs( sauf détérioration complètes des organisations sociétales) bien plus facilement maîtrisables. Ceci veut dire que face au slogan traditionnel de certains Verts, « Sortir du nucléaire », il faut substituer celui de « Sortir au plus vite du pétrole et du charbon ».

- Mais investir dans le nucléaire ne signifiera pas renoncer aux énergies dites douces non plus qu'aux économies d'énergie. La crise de l'énergie devient telle, au niveau mondial, que ces dernières doivent aussi faire l'objet d'investissements, en faisant appel aux technologies émergentes susceptibles de rendre enfin rentables les sources alternatives. On peut penser que dans l'avenir (sans prendre en compte les apports éventuels de l'énergie de fusion) le nucléaire pourra satisfaire 40 à 50% des besoins, les énergies renouvelables 30 à 40% de ceux-ci, le reste étant assuré par ce qui restera du pétrole et du charbon.

- Il n'est pas souhaitable, même dans l'immédiat, de renouveler les tranches existantes ou d'en mettre en place de nouvelles en utilisant la technologie actuelle, même optimisée. Il faut envisager des solutions innovantes. En simplifiant beaucoup, on dira que pour les 10 à 20 prochaines années, il s'agira de remplacer les réacteurs à eau légère anciens ou récents (tels les modèles N4 français et KONVOI allemands) par des réacteurs à eau pressurisée (REP) tels que ceux étudiés en coopération par Framatome (FR) et Siemens (DE) et présenté sous le nom de EPR aux autorités nucléaires mondiales. Ce type de réacteur de la classe des 1600 MWe. bénéficie du retour d'expérience de plusieurs milliers d'années/réacteur d'exploitation des réacteurs à eau légère en service dans le monde, Il présente de nombreuses améliorations que nous ne détaillerons pas ici.

- A partir de 2015, il conviendra cependant d'envisager le passage à des matériels sensiblement différents, capables notamment de produire non seulement de l'électricité mais de l'hydrogène destiné aux transports et à la consommation domestique. Ces réacteurs devront de plus assurer une réduction considérable de la production de déchets non retraitables. Mais les technologies actuelles ne permettent pas, notamment, de disposer de matériaux capables de résister aux hautes températures, hautes pressions, hauts niveaux de radiation et réactions chimiques mal maîtrisées régnant dans le cœur. Il a donc été décidé de lancer dès maintenant un programme de recherche qualifié de Programme pour la Génération IV. Un Forum international a été mis en place rassemblant les Etats dotés d'une industrie nucléaire afin de s'y attaquer en coopération.

- Enfin, à partir de 2050, si le réacteur expérimental à fusion Iter tient ses promesses, on pourra progressivement envisager la réalisation de centrales utilisant cette technologie. On notera que les difficultés, concernant notamment la résistance des matériaux, qui auront été résolues, comme on doit l'espérer, dans le Programme IVe Génération, serviront à résoudre celles déjà pressenties pour le confinement du processus de fusion. Iter, vu son coût, sera lui aussi développé très largement en coopération avec les Etats soucieux de rester dans la course aux énergies de remplacement du pétrole.

- Enfin, même si cela n'est pas dit clairement dans les communications destinées au grand public, les experts s'accordent à reconnaître que la coopération scientifique entre pays dotés d'une industrie nucléaire pour réaliser la Génération IV et Iter ne signifiera pas absence de compétition. Même si cette coopération s'établit dans des conditions loyales, comme il faut l'espérer, une guerre industrielle et économique jamais rencontrée, y compris dans le domaine de l'accès au pétrole, est déjà engagée pour tirer profit des nouveaux besoins et des nouveaux marchés. Ces marchés consisteront d'abord à rééquiper ou à compléter l'équipement des pays déjà fortement nucléarisés, notamment les Etats-Unis et les pays européens, France en tête, sans oublier la Russie. Mais il s'agira surtout d'assurer l'équipement des pays grands consommateurs d'énergie fossile et désireux d'y substituer l'énergie de l'atome, Chine, Inde, Corée du Sud, pays d'Amérique Latine et autres pays émergents. Ceux-ci voudront maîtriser l'essentiel de la satisfaction de leurs besoins, voire se donner la possibilité d'exporter. Cependant, dans l'immédiat et ce sans doute pendant plusieurs décennies, ils seront obligés de passer des commandes aux pays occidentaux et au Japon, avec transfert de technologie à la clef.

Ce n'est pas faire preuve de cynisme qu'affirmer que le lobby politico-nucléaire américain est d'ores et déjà décidé à éliminer ou réduire à la portion congrue l'offre pourtant hautement qualifiée que la France, alliée si possible à d'autres Etats de l'Union, pourra faire dans le domaine des nouvelles générations de centrales. Inutile de dire que les affrontements se régleront, non pas en fonction des principes du libéralisme concurrentiel, mais en fonction de luttes stratégiques où les Etats auront le rôle essentiel à jouer.

Le point de vue de la Société française de l'Energie Nucléaire (SFEN, www.sfen.org/)

Pour préciser ce que pourront être dans l'avenir les perspectives ouvertes à l'industrie et au gouvernement français (perspectives d'ailleurs peu différentes de celles s'offrant aux pays européens acceptant d'investir dans le nucléaire), il est intéressant de se référer aux conclusions d'une conférence tenue par la SFEN en avril 2004 sur le thème Nucléaire du XXIe siècle, Réacteurs et cycles du combustible de 4e génération. Constatons que l'industrie nucléaire française, sans doute soucieuse de ne pas s'attirer les critiques des écologistes, n'a pas donné beaucoup de publicité à ces propos, pourtant du plus haut intérêt et méritant d'être discutés avec objectivité. Ces conclusions étaient les suivantes, telles que nous les ré-interprétons ici pour une meilleure information du lecteur:

- Dans un contexte de forte demande énergétique, où toutes les sources d'énergie seront nécessaires pour satisfaire les besoins en énergie primaire à l'échelle mondiale, le Forum Generation IV (précité ci-dessus) constitue le cercle de réflexion international le plus actif pour définir le cahier des charges du nucléaire après 2030, et pour sélectionner les technologies les mieux à même de satisfaire ce cahier des charges.

- Les critères de la sélection des réacteurs nucléaires ne sont plus les mêmes que ceux qui ont prévalu lors de leur grand déploiement dans les années 70. Il s'agissait alors de fournir en urgence de l'énergie électrique pour faire face aux chocs pétroliers. Cette urgence n'avait pas conduit à sous-estimer comme en URSS les risques, mais néanmoins différentes options prises alors ne sont plus reconductibles, tant au plan technique qu'économique, ou en ce qui concerne les déchets. Les enjeux du nucléaire de 4e génération sont différents et seuls à même de permettre un développement énergétique durable à l'échelle de la planète.

- Il faut aujourd'hui rechercher un nucléaire qui s'inscrive dans une durée séculaire (non exclusive cependant de l'arrivée de la fusion en fin de période), avec des cycles du combustible utilisant au mieux les ressources fissiles, et produisant un minimum de déchets. La sécurité des réacteurs doit être encore accrue, notamment pour faire face aux nouveaux risques (attentats par voie aérienne notamment). Enfin le champ des applications doit être élargi au-delà de la production d'électricité et permettre notamment la production d'hydrogène. On rappellera à cet égard que l'énergie-Hydrogène prônée par certains économistes (notamment Jeremy Rifkin) n'a pas de sens si ce gaz est obtenu à partir de l'énergie pétrole. Seul le nucléaire offre une solution acceptable.

- Les futurs réacteurs seront en rupture avec les réacteurs à eau de 2e et de 3e génération. Il s'agira de fonctionner à des conditions encore considérées aujourd'hui comme extrèmes: production de neutrons rapides (hautement énergétiques), haute température, recyclage de tout le combustible. Ces difficultés doivent être considérées non pas comme des obstacles mais comme un enjeu de première grandeur pour des organismes de recherche comme le CEA et le CNRS en France. Elles exigent aussi de coopérer au plan international pour partager l'effort de recherchedéveloppement en vue de réaliser les ruptures technologiques nécessaires.

Dans ces conditions, que sera la participation française au Forum Génération IV?

Toujours selon la SFEN, en conclusion d'une analyse stratégique réalisée fin 2000, qui prend en compte l'expérience acquise en France et en Europe sur les filières (neutrons rapides, réacteurs à haute température), ainsi que les objectifs stratégiques des partenaires industriels, la participation française au Forum Generation IV se situera principalement dans trois domaines :

- Le développement d'une gamme technologique gaz avec le VHTR (Very High Temperature Reactor) et le GFR (Gas-cooled Fast Reactor)(1)

- le soutien au développement d'une nouvelle génération de systèmes à neutrons rapides refroidis au sodium (ce qui supposera que les problèmes de fuite du coolant, qui avaient servi de prétexte à la fermeture de Super-Phoenix, soient résolus),

- le développement de nouveaux procédés pour le cycle du combustible permettant le recyclage de tous les actinides(2) avec une résistance suffisante aux risques de prolifération.

Par ailleurs, les industriels et laboratoires français participeront en réseau à une activité d'évaluation de filières plus prospectives : systèmes refroidis à l'eau supercritique (SCWR) et réacteurs à sels fondus (MSR).

- d'être des partenaires majeurs du consortium qui développera le VHTR dans le cadre du Forum, et le Next Generation Nuclear Plant qui devrait en être un premier démonstrateur vers 2015,

- de lever les verrous technologiques du GFR en coopération avec les partenaires européens, américains et japonais,

- de valoriser l'expertise acquise sur les réacteurs rapides au sodium à travers le développement avec le Japon d'une nouvelle génération de SFR,

- de valoriser également l'expérience acquise sur les combustibles pour la transmutation et les procédés du cycle, afin notamment de gérer globalement les actinides dans le système Génération IV.

Notes :
(1) Les six concepts de réacteurs Generation IV actuellement sélectionnés par le Forum International sont les suivants (source SFEN) :
1. VHTR (Very High Temperature Reactor) : réacteurs à neutrons thermiques de petite taille, refroidis à l'hélium à très haute température (1000/1200 °C), dédiés à la production d'hydrogène ou à la cogénération hydrogène-électricité. Framatome développe dans ce sens un projet décrit par la note Antares http://www.iaea.org/inis/aws/htgr/fulltext/htr2004_a10.pdf
2. GFR (Gas-cooled Fast Reactor) : réacteurs à neutrons rapides de petite taille, refroidis à l'hélium, surgénérateurs
3. SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) : réacteurs à neutrons rapides, refroidis au sodium, surgénérateurs. Deux options sont développées : puissance unitaire de 150 à 500 MWe d'une part, de 500 à 1200 MWe d'autre part.
4. SCWR (SuperCritical Water-cooled Reactor) : réacteurs à eau supercritique de grande puissance. Deux versions sont développées, l'une à neutrons thermiques, l'autre à neutrons rapides.
5. LFR (Lead-cooled Fast Reactor) : réacteurs à neutrons rapides refroidis au plomb (ou alliage eutectique PbBi), surgénérateurs. De nombreuses variantes quant à la puissance unitaire sont envisagées, de 50 à 1200 MWe.
6. MSR (Molten Salt Reactor) : réacteurs de petite taille à neutrons épithermiques, utilisant le sel fondu à la fois comme combustible et comme caloporteur.

De tous ces concepts, seul le VHTR propose dans sa version de base, un cycle de combustible ouvert (avec apport de combustible extérieur), les cinq autres concepts visant prioritairement un développement énergétique durable avec recyclage du combustible.
La validation de ces concepts demandera du temps : la décennie 2030 est généralement reconnue comme celle de la réalisation de prototype(s). Celle de la mise en oeuvre à l'échelle industrielle est plus éloignée encore; c'est ainsi que le « Livre Blanc sur les Energies » estime que ces réacteurs de la génération IV ne seront pas disponibles pour un déploiement industriel avant 2040.

On reconnaîtra dans la filière SFR (n°3) celle qui a été développée en France à travers Rapsodie, Phoenix et Superphoenix. L'arrêt prématuré et intempestif de Superphoenix a malheureusement fait perdre à notre pays l'avance qu'il avait acquise sur la voie de cette filière Génération IV. La plupart des pays industriels s'intéressant au nucléaire risquent désormais de devancer la France dans cette voie.

(2) Actinides: série de 15 éléments radioactifs métalliques dont le nombre atomique se situe entre 89 (actinium) et 103 (lawrencium) dans la table des éléments périodiques. Ils sont produits dans les processus de fission.

Le gouvernement américain a dès Mai 2001 clairement affiché son soutien à une politique d'expansion de l'énergie nucléaire. Le National Energy Policy Development Group, présidé par le vice-président Dick Cheyney, a publié à cette date un rapport intitulé « Une énergie fiable, accessible et environnementalement saine pour l'Amérique de demain » (Reliable, Affordable and Environmentally Sound Energy for America's Future, http://www.whitehouse.gov/energy/). Ce rapport demande au gouvernement de développer une stratégie à long terme qui s'appuie sur les technologies les plus récentes afin de mettre en œuvre une politique énergétique intégrée. Le rapport recommande en tout premier lieu que le président soutienne l'expansion de l'énergie nucléaire aux Etats-Unis, qui doit devenir le composant majeur de cette politique.,

Ces recommandations ont été pleinement prises en compte. Il en est résulté une série de décisions résumées dans le document Government Programs Supporting the Building of New Nuclear Plants (http://www.nei.org/index.asp?catnum=3&catid=696) définisant une feuille de route pour le demi-siècle, dont nous résumons ici les principales étapes:

- Lancement par le Département de l'Energie (DOE) du Nuclear Power 2010, "partenariat public-privé en vue de produire une énergie accessible et propre » (public private partnership on clean, affordable energy) . Il s'agit dans le cadre du programme Nuclear Energy 2010 lancé en 2002 d'explorer et de préparer les sites susceptibles d'héberger de nouveaux réacteurs, ainsi que de définir des procédures de sélection et d'agréments plus efficaces tout en renforçant la sureté des installations. Trois accords gouvernement-industrie ont suivi, avec les groupes Dominion Resources, Entergy et Exelon, pour licencier de nouveaux sites industriels. Des consortiums ont été créés et ont reçu un financement public de 50% pour préparer des sites supplémentaires.

- Définition par le DOE, dans le cadre d'un groupe de travail formé en 2001, le Near-Term Deployment Group, de nouveaux concepts de réacteurs susceptibles d'être commandés après 2010/2030, Un rapport, New Reactor Designs (http://www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/analysis/nucenviss2.html) a été élaboré précisant ces options. Ce rapport distingue des générations successives de machines, notamment celles encore théoriques faisant partie de ce qui a été nommé la Generation IV.

- Désignation par le DOE du Idaho National Laboratory (INL, http://www.inel.gov/) comme responsable du Nuclear Power 2010 et des programmes Generation IV . Cette désignation a été présentée comme le premier pas pour "reconstruire des capacités de recherche avancée dans le domaine du nucléaire", capacités précédemment mises à mal, on peut le supposer, par les campagnes anti-nucléaires, y compris celles venant des pétroliers. L'INL, plus généralement, se chargera de l'ensemble des recherches amont et négociations aval permettant de progresser dans la voie de nouveaux réacteurs et de nouveaux processus de gestion des déchets.

- Création en 2004 du concept de Next Generation Nuclear Plant auprès du Idaho National Laboratory. Il s'agira de développer à la fois la production d'énergie électrique et celle d'hydrogène, afin de fabriquer ce dernier à bon marché et en grandes quantités. Ainsi la validité du thème de l'économie-hydrogène est-elle reconnue. Il s'agira on ne peut en douter d'un élément essentiel de la nouvelle faveur que pourra acquérir le nucléaire, tant en interne aux Etats-Unis qu'à l'exportation.

- Spécification détaillée du concept de Next Generation Nuclear Plant, Centrale nucléaire de nouvelle génération. Le système reposera sur un réacteur à gaz à très haute température, couplé avec des turbines et des systèmes thermo-chimiques de production de l'hydrogène technologiquement très évoluées. Ultérieurement viendront des réacteurs de type surrégénérateurs.

- Lancement par le DOE, à la demande du Congrès, de l'Initiative pour la IV Génération (Generation IV Nuclear Energy Systems Initiative). Parallèlement, un Forum international, le Generation IV International Forum (GIF) a été créé à l'initiative des Etats-Unis, associant l'Argentine, le Brésil, le Canada, la France, le Japon, la Corée, l'Afrique du Sud, la Suisse et le Royaume Uni.

Ce Forum est destiné à coordonner les travaux des gouvernements, des industriels et des laboratoires de recherche afin de déterminer les conditions permettant de mettre sur le marché commercial international, à partir de 2030 ou plus tôt le cas échéant, les réacteurs de 4e Génération. Pour ce faire, il identifiera les domaines de coopération multilatérale possibles et produira des recommandations pour mener et évaluer les projets communs de recherche et de développement.

- Une feuille de route ( Overview of Generation IV Technology Roadmap) a été élaborée à l'intention des membres du Forum, définissant les étapes et les procédures. Cette feuille de route, notamment, décrit les différents types de réacteurs du futur susceptibles de répondre aux spécifications attendues http://www.nei.org/documents/DOE_Gen_IV_Diagrams.pdf (voir ci-dessus notre note).

Les Etats-Unis, comme nous l'avons indiqué, sont décidés à prendre la tête des programmes visant à développer le nucléaire de 4e génération. Ils mettent en avant leur volonté de coopérer au plan international. On ne saurait légitimement douter de celle-ci. Néanmoins cette coopération n'apportera certainement que des mécomptes aux industriels et aux gouvernements qui y participeraient sans avoir défini eux-mêmes une stratégie en propre et sans s'être donné les moyens humains et budgétaires de mener celle-ci à bien, en pleine autonomie si cela s'avérait nécessaire.

La question est aujourd'hui posée de savoir si la France, en ce qui la concerne, ou l'Union Européenne, à son niveau, ont pleinement pris conscience de l'importance de ces enjeux, ont accepté d'afficher clairement auprès de l'opinion des objectifs suffisamment ambitieux et ont, finalement, décidé d'y consacrer les moyens nécessaires sans compter sur d'hypothétiques "ressources du marché" pour mobiliser les fonds indispensables. Ces moyens seront de moins en moins importants relativement, au fur et à mesure qu'augmenteront les coûts de la recherche et de l'exploitation pétrolière et que seront pris en compte les coûts induits imposés par ces dernières à l'environnement terrestre;

Ajoutons que la décision récente d'implanter Iter à Cadarache et au Japon ( machine Ifmif, International Fusion Materials Irradiation Facility et machine DEMO) donneront encore plus d'actualité au besoin d'une mobilisation industrielle et scientifique en France et en Europe. Beaucoup de développements se révéleront en effet, contrairement à ce qui a été dit par les détracteurs d'Iter, susceptibles d'utilisation commune.