Energie nucléaire :la nouvelle donne internationale-étude Fondapol

Intégralité  à http://www.fondapol.org/etude/energie-nucleaire-la-nouvelle-donne-internationale/, Marco Baroni

1) Introduction : Depuis des décennies, l’énergie nucléaire est une source majeure de production d’électricité bas carbone, garantissant l’accès de millions de personnes dans le monde à une énergie abordable. Aujourd’hui, l’industrie nucléaire est encore très dynamique… L’année 2018 a ainsi été une année record en termes de capacités mises en service, plus de cinquante réacteurs sont actuellement en construction dans le monde

Commentaire : sauf que par une politique énergétique absurde, la France et l’Europe s’en excluent de plus en plus…

2) Points Principaux_Principales évolutions

a) L’énergie nucléaire est toujours très dynamique dans le monde, mais le centre de gravité de son développement s’est déplacé. Entre 1970 et 1999, les trois quarts des nouvelles capacités mondiales ont été mises en service en Amérique du Nord et en Europe, et seulement 6 % en Russie et en Chine. Sur la période 2000-2019, cette situation s’est entièrement inversée, avec près des deux tiersdes capacités mises en service en Chine et en Russie, et seulement 5 % en Amérique du Nord et en Europe. Depuis 1990, l’année 2018 a été celle du plus grand nombre de nouveaux réacteurs connectés aux réseaux électriques, 80 % d’entre eux se situant en Chine et le reste en Russie

b)  La Chine devrait dépasser l’Europe et les États-Unis vers 2030 en termes de capacité nucléaire installée, s’appuyant principalement sur des technologies domestiques. La Chine et la Russie ont des programmes de développement futur du nucléaire plus robustes et mieux définis que la plupart des économies avancées.

c) La plupart des grands systèmes électriques recourent à l’énergie nucléaire. Les trois quarts des grands pays consommateurs d’énergie  utilisent le nucléaire dans leur mix énergétique. Ils accueillent près de 90 % de la capacité nucléaire mondiale.

d) L’énergie nucléaire est une option de décarbonation importante dans les stratégies de transition énergétique de nombreux pays. La réalisation des objectifs de l’Accord de Paris nécessitera des efforts sans précédent. Énergies renouvelables, efficacité énergétique, technologies de captage, stockage et utilisation du carbone (dites CCUS), énergie nucléaire : toutes ces solutions ont un rôle à jouer. Limiter l’éventail des choix rendra l’atteinte des objectifs plus difficile et, en fin de compte, plus coûteuse. Le nucléaire fait partie des technologies de production d’électricité qui contribuent le plus à la résilience des systèmes électriques. Il a fait la preuve, en Europe notamment, de son potentiel de flexibilité

e) La fabrication de réacteurs à l’échelle industrielle pour les marchés nationaux et internationaux a de fortes implications géopolitiques. Au cours des dix dernières années, les deux tiers du marché international ont adopté les technologies russe et chinoise. Cette part pourrait encore augmenter avec la place qu’est appelée à prendre l’industrie nucléaire chinoise. Mais l’espace dans lequel s’exerce cette concurrence est vaste : plus de 400 nouveaux réacteurs devraient être construits dans le monde au cours des trente prochaines années

f) Dans leurs décisions, les gouvernements devraient évaluer et prendre en compte les risques et les coûts liés à la perte de savoir-faire industriel. L’innovation et la recherche restent fondamentales pour l’énergie nucléaire, que ce soit dans le domaine des petits réacteurs modulaires, des réacteurs Génération IV, de la fusion nucléaire, des réacteurs expérimentaux

g) Le parc nucléaire vieillit : à court terme, de nombreux pays doivent prendre des décisions clés en matière de prolongation de durée de vie des réacteurs ou de nouvelles constructions. Si aucune mesure n’est prise, plus de la moitié du parc nucléaire des économies avancées sera amenée à fermer dans les dix prochaines années.

Commentaire : ce point a déjà été discuté à propos du Sustainable Development Scenario (SDS, scenario de developpement durable) de l’Agence Internationale de l’Energie https://vivrelarecherche.blogspot.com/2020/06/lavertissement-de-lagence.html. Si tel est le cas, cela impactera grandement, voire rendra impossible toute réponse efficace au dérèglement climatique.

h)  L’Europe est à la croisée des chemins. Son parc nucléaire est le plus important au monde et l’énergie nucléaire y est la plus grande source de production d’électricité, répondant à un quart de la demande européenne…L’énergie nucléaire a des implications majeures pour la sécurité énergétique, la décarbonation des systèmes énergétiques, le développement économique, l’innovation, les systèmes industriels et les relations géopolitiques. Elle peut apporter une contribution significative à l’objectif de zéro émission nette de gaz à effet de serre du système énergétique de l’Union européenne en 2050.

i) Note sur la Russie :  La Russie est aujourd’hui le principal exportateur de technologie nucléaire sur le marché international. Pionnier dans le domaine, le pays avait déployé les premiers réacteurs dans les années 1950. Avec 38 réacteurs en service à ce jour, qui satisfont près de 20 % de la demande d’électricité, la Russie est à présent le quatrième producteur mondial d’électricité d’origine nucléaire. …

L’entreprise publique russe Rosatom affiche de fortes ambitions pour les années et décennies à venir. L’industrie nucléaire russe est un exemple d’intégration verticale, avec une chaîne de valeur fortement numérisée et une production industrielle très efficace. Sa technologie phare est basée sur la Génération III (du type VVER, similaire à la technologie occidentale à eau légère). Rosatom développe cependant tous les types de réacteurs, y compris les SMR, les réacteurs flottants et les réacteurs rapides. La recherche est très active, en particulier sur les réacteurs de type Génération IV, tout comme la coopération internationale, notamment le partenariat dans le projet ITER de fusion nucléaire…Rosatom vise à augmenter la part de son chiffre d’affaires à l’international. Un élément déterminant de cette stratégie est l’assistance qu’elle apporte à toutes les étapes d’un projet. Celle-ci comprend la sécurisation du financement, la construction d’infrastructures, la formation des employés et la garantie d’une chaîne d’approvisionnement de combustible à long terme…

Commentaire : Non seulement la recherche est très active sur les reacteiurs GEN IV…mais il y en a déjà en exploitation : BN-800 réacteur rapide refroidi au sodium, construit à la centrale nucléaire de Beloïarsk  connecté au réseau électrique national russe le 10 décembre 2015,

j) Note sur la Chine : Vers 2030, la Chine devrait dépasser aussi bien l’Europe que les États-Unis en termes de capacité nucléaire installée, grâce à un solide programme de déploiement. Le pays dispose d’un parc nucléaire très jeune, avec un âge moyen par réacteur de seulement 8 ans. Les premières centrales nucléaires chinoises ne sont entrées en service qu’au cours des années 1990… Le pays a mis en service 28 réacteurs au cours des six dernières années, soit l’équivalent de la moitié du parc nucléaire français. Cela a fait suite à un programme nucléaire très ambitieux lancé dans le cadre du 11e plan quinquennal, avec un début de construction record de dix-neuf réacteurs en deux ans… La Chine s’est d’abord appuyée sur des technologies françaises, canadiennes et russes. Depuis peu, elle déploie à la fois des technologies étrangères, telles que l’AP-1000 de Westinghouse (États-Unis) et l’EPR français, et des technologies domestiques. Le pays a acquis un savoir-faire considérable tout au long de la chaîne de valeur (qu’il s’agisse de l’ingénierie, de la production ou de l’exploitation), à l’exception, pour l’instant, du retraitement des combustibles…Le programme nucléaire chinois a connu un ralentissement marqué à la suite de l’accident de Fukushima. Il fut alors décidé de limiter ou d’arrêter les constructions de réacteurs Génération II et, incidemment, tous les projets à l’intérieur du territoire, et de passer progressivement à la technologie Génération III. Fin 2019, la moitié des réacteurs Génération III opérationnels autour du globe se trouvaient en Chine…La Chine a mis au point son propre design de Génération III : le Hualong-One, ou HPR1000, dont elle entend faire un produit phare à l’exportation. Dix réacteurs de ce type sont actuellement en construction, dont huit en Chine et deux au Pakistan. 

3) Le futur : un nouveau nucléaire et de nouveaux usages

a) la  Génération IV : des recherches variées et dynamiques

La R&D continue à soutenir la quête d’une énergie nucléaire plus sûre, plus efficace, plus économique et universelle. La prochaine génération de réacteurs nucléaires, dite Génération IV, vise à renforcer encore la sûreté, à réduire au minimum les déchets (tant en termes de quantité que de durée de vie), à être résistante à la prolifération de par sa conception et à pouvoir fournir des solutions pour la production d’hydrogène, le chauffage industriel et le dessalement de l’eau. Six filières ont été identifiées, la plupart avec un cycle de combustible fermé pour pouvoir réduire au minimum les déchets de haute activité . Certains de ces projets sont à un stade de recherche très avancé, tandis que d’autres en sont encore au stade du concept. Dans l’ensemble, les réacteurs Génération IV comprennent :

– les réacteurs à neutrons rapides refroidis au gaz (Gas-cooled Fast Reactors, GFR) ;

– les réacteurs à neutrons rapides refroidis au plomb (Lead-cooled Fast Reactors, LFR), avec des projets en Russie et en Belgique ( ?)

– les réacteurs à sels fondus (Molten Salt Reactors, MSR) ;

– les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (Sodium-cooled Fast Reactors, SFR), programmes avancés en Russie , en Chine et en Inde  ;

– les réacteurs à eau supercritique (Supercritical water-cooled reactors, SCWR) ;

– les réacteurs refroidis au gaz à très haute température (Very High-Temperature Gas-cooled Reactors, VHTGR), avec un prototype en cours de construction en Chine.

b) Les SMR :

Les SMR visent quatre objectifs : réduire les coûts, accroître la sûreté, s’adapter aux besoins de flexibilité croissants des systèmes électriques et s’étendre à de nouveaux marchés.

Avec le temps, les réacteurs nucléaires ont vu leur taille passer de seulement 136 MW en moyenne pour la Génération I à une taille moyenne de 1 000-1 600 MW pour la Génération III (bien qu’il existe des versions plus petites), principalement dans le but de renforcer la sûreté et de réduire le coût par unité de puissance. L’une des clés pour réduire les coûts des grands projets est de pouvoir disposer d’une série continue de réacteurs en construction, afin de profiter du savoir-faire et de l’expérience des acteurs industriels. Dans une même logique, l’objectif est de réduire les coûts des SMR non pas en augmentant la taille des unités mais bien en obtenant des économies d’échelle grâce à la production de nombreuses unités toutes identiques.

La taille réduite des réacteurs présenterait également un certain nombre d’avantages, notamment des besoins d’investissement beaucoup plus faibles et des délais de réalisation plus courts, ces deux facteurs contribuant à faciliter le financement des projets. Comme plusieurs de ces projets – par exemple, NuScale aux États-Unis ou le réacteur HTGR en Chine – prévoient le déploiement de dix ou douze unités sur chaque site, l’effet de série devrait compenser l’absence d’économies d’échelle par la taille. En outre, les SMR peuvent contribuer à la flexibilité des systèmes électriques grâce à leur modularité. Cette caractéristique ;peut être particulièrement intéressante dans les petits systèmes électriques, ce qui à terme ouvre la voie vers de nouveaux marchés pour lesquels les grands modèles standards de la Génération III apparaissent peu adaptés….

Le déploiement commercial de ce type de réacteurs n’est pas prévu avant la seconde moitié des années 2020, au plus tôt. Leur succès dépendra de leur capacité à réaliser les réductions de coûts attendues et à parvenir à une standardisation complète…

Commentaire : à noter que des rapports prospectifs comme celui adressé au Parlement Néerlanadais n’opposent pas Gen IV et SMR mais les considèrent comme complémentaires  Possible role of nuclear in the dutch energy mix in the future 1st september 2020)

https://vivrelarecherche.blogspot.com/2020/11/role-possible-du-nucleaire-dans-le.html.

Pour les qualités intrinsèques de l’EPR, voir https://vivrelarecherche.blogspot.com/2019/01/un-nucleaire-nouveau-est-necessaire.html

c)  Les autres usages énergétiques

Décarboner un système énergétique requiert de décarboner les trois principales composantes de la demande d’énergie que sont les secteurs de l’électricité, du chauffage et des transports. Si le nucléaire peut apporter une contribution essentielle à la décarbonation du secteur de l’électricité, il peut également être intéressant économiquement pour décarboner plusieurs autres applications énergétiques, notamment le chauffage urbain, les applications industrielles de la chaleur, la production d’hydrogène, les transports et le dessalement de l’eau….

L’usage de l’énergie nucléaire pour le chauffage urbain, où les centrales sont utilisées pour produire à la fois de l’électricité et de la chaleur (Combined Heat and Power, CHP), n’est pas nouveau. On y a recouru dès les débuts de l’exploitation de l’énergie nucléaire, par exemple, parmi les économies avancées, au Royaume-Uni, en Suède et en Suisse, et son usage subsiste en Russie et en Europe centrale et orientale. Ce type d’usage peut être particulièrement important dans des régions reculées : c’est le rôle que remplit par exemple la nouvelle barge flottante SMR Akademik Lomonosov à Pevek, en Russie. En novembre 2019, dans sa centrale de Haiyang (province du Shandong), la Chine a aussi débuté l’exploitation de deux nouveaux réacteurs du type AP-1000 de Westinghouse pour chauffer 700 000 mètres carrés de logements. Le pays est également à un stade avancé de développement de deux modèles de réacteurs dédiés au chauffage urbain – ils ne produiront que de la chaleur à basse température, sans électricité – d’une puissance respective de 200 et 400 MW thermiques. Dans le nord du pays, ces réacteurs sont considérés comme une alternative bas carbone clé face au chauffage urbain au charbon.

D’autres pays manifestent un grand intérêt pour les réacteurs dédiés exclusivement à la production de chaleur à basse température, comme moyen de décarboner les systèmes actuels de chauffage urbain. C’est le cas de la Finlande, dont le centre de recherche technique VTT a annoncé en février 2020 le lancement d’un projet de développement d’un SMR pour le chauffage urbain qui pourrait être utilisé dans plusieurs villes pour remplacer la production de chaleur à partir de combustibles fossiles.

L’énergie nucléaire peut également être utilisée pour le dessalement de l’eau, ce qui présente un intérêt particulier pour les pays où l’eau douce est rare. C’est le cas de l’Arabie saoudite, qui a signé un protocole d’entente avec la Corée du Sud pour la première commercialisation de son SMR System-integrated Modular Advanced ReacTor (SMART), pour la production d’électricité et le dessalement de l’eau de mer.

L’hydrogène pourrait jouer un rôle fondamental dans les scénarios bas carbone futurs. Le coût de production de l’hydrogène repose sur plusieurs paramètres, selon qu’un prix du CO2 est inclus ou non. En l’absence de prix du CO2 et au prix actuel du gaz, le gaz naturel est la principale source de production d’hydrogène et la moins chère, tandis que le coût de production du nucléaire devient compétitif si l’on ne retient que les technologies bas carbone. Le choix du type de réacteur peut également varier considérablement, qu’il s’agisse de SMR uniquement dédiés à la production d’hydrogène ou de grands réacteurs assurant la production conjointe d’électricité, de chaleur et d’hydrogène….

Sur le plan militaire, il convient denoter que si la plupart des pays qui abritent des centrales nucléaires n'ont pas de dispositifs de dissuasion nucléaire, presque tous les pays qui en disposent

abritent également des centrales.

4) Le cas particulier de la production de radio-isotopes médicaux- déjà des pénuries à surveiller !

Un aspect clé du savoir-faire nucléaire est lié à la production de radio-isotopes dans le cadre médical. Ils sont surtout utilisés à des fins diagnostiques (avec des millions d’examens en Europe chaque année) et thérapeutiques (principalement pour le traitement du cancer). Compte tenu de leur courte durée de vie, leur production doit se faire en continu. Elle peut se faire dans des cyclotrons ou dans des réacteurs nucléaires…

Les réacteurs d’irradiation sont la principale source de production de molybdène 99 72. Après la fermeture d’Osiris en France en 2015 et du réacteur NRU (National Research Universal Reactor) au Canada en 2018 (qui étaient en termes de taille respectivement troisième et premier réacteurs aumonde à usage médical), il y a maintenant dix réacteurs dans le monde qui assurent la production de molybdène. Cinq d’entre eux se trouvent en Europe (en Allemagne, en Belgique, aux Pays-Bas, en Pologne et en République tchèque) et représentent plus de la moitié de la production mondiale.

Tout comme les réacteurs destinés à la production d’électricité, les réacteurs expérimentaux vieillissent rapidement. En 2016, environ 90 % de la production mondiale de molybdène était assurée par sept réacteurs, dont cinq en Europe et quatre qui ont aujourd’hui plus de 45 ans (voir tableau 6). Plusieurs pénuries ont été constatées au cours de la dernière décennie, principalement en raison d’arrêts ou de pannes de réacteurs. À court terme, pour éviter de telles pénuries, une meilleure coordination au niveau européen et mondial a été mise en place.

Mais des remplacements seront bientôt nécessaires. D’ici à 2025 environ, trois nouveaux réacteurs sont prévus, mais les projets ont pris du retard et fontface à des problèmes de financement

Conclusion

De nombreux challenges se posent au nucléaire : coûts d’investissement initiaux importants, modes de financement coûteux, allongement des délais de construction et forte opposition de certaines parties de la population qui a pu conduire, en particulier dans certains pays européens, à l’interruption immédiate de programmes nucléaires ou à leur abandon progressif. Face aux défis économiques, des solutions existent, comme le démontrent clairement les cas de la Russie et de la Chine. L’Europe possède le plus grand parc nucléaire du monde, une chaîne d’approvisionnement industriel totalement intégrée et un important écosystème d’innovation.

Pour certaines régions du monde, le fait de ne pas poursuivre ou d’abandonner l’option nucléaire rendra difficile, en termes de coûts comme de calendrier, l’atteinte des objectifs de décarbonation.

Un avenir sans carbone exige que toutes les technologies soient mises à profit, et le nucléaire peut prendre part à ces efforts de façon décisive, y compris pour les applications non électriques telles que la production de chaleur, la production d’hydrogène et le dessalement de l’eau. Les décideurs politiques devront prendre  très rapidement des mesures pour garantir cette contribution de l’industrie nucléaire à un monde décarboné en 2050