L’énergie nucléaire en questions Jean-Claude BRAUN Professeur Honoraire ENSEM-INPL 14 octobre 2009 Association AMOPA

Les questions courantes : Comment produit-on l’énergie nucléaire? L’énergie nucléaire est-elle intéressante? L’énergie nucléaire énergie propre? Tchernobyl est-il probable en France? les tours de refroidissement dangereuses? Stocke-t-on le plutonium sans l’utiliser? L’enfouissement des déchets est-il à craindre? Que sont les réacteurs EPR? les surgénérateurs ? La fusion thermonucléaire a-t-elle des atouts? La place du nucléaire face aux autres énergies ? 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°1 Comment produit-on de l’énergie à partir du noyau? On casse des noyaux atomiques lourds (235U et 239Pu, appelés « fissiles ») par des neutrons: c’est le processus de fission (réacteurs actuels type REP) On fusionne des noyaux atomiques légers (1H, 2H, 3H, 3He): c’est la fusion (réacteurs futurs) 14 octobre 2009 Association AMOPA

La fission 14 octobre 2009 Association AMOPA

La fission On casse des noyaux atomiques lourds (235U ou 239Pu), par des neutrons L’uranium naturel contient 99,3% d’238U et 0,7% d’235U; le 239Pu n’existe pas naturellement L’ 238U n’est pas fissile, mais « fertile »: bombardé par des neutrons, il devient 239Pu 14 octobre 2009 Association AMOPA

La fusion 14 octobre 2009 Association AMOPA

La fusion thermonucléaire On fusionne des noyaux atomiques légers (1H, 2H, 3H, 3He) Condition: porter le milieu réactionnel à des millions de degrés La fusion génère alors 400 fois plus d’énergie que son chauffage n’en a consommée Rq: 1H constitue 99,98% de l’hydrogène naturel, 0,02% d’2H, 3H n’existe quasiment pas dans la nature, mais peut être produit à partir du lithium naturel; 3He non plus, mais peut provenir d’une première réaction de fusion. 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°2 L’énergie nucléaire est-elle si intéressante que cela? Si on la compare aux énergies traditionnelles, les différences sont considérables quant à la quantité d’énergie produite: 14 octobre 2009 Association AMOPA

Comparaison: énergie libérée par La chute d’une molécule d’eau tombant de 500m 1 La combustion d’un atome de carbone 4000 La fission du noyau d’un atome d’uranium 180.109 La fusion de 2 noyaux D+T 18.109 14 octobre 2009 Association AMOPA

Autre comparaison Combustion d’1 kg de charbon 9 kWh Fission d’1 kg d’uranium 24.106 kWh Fusion d’1 kg d’hydrogène D+T 94.106 kWh 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°3 Peut-on se passer du nucléaire? C’est la seule énergie de masse connue à ce jour qui ne produise pas de CO2 C’est la seule remplaçante sérieuse des énergies fossiles 14 octobre 2009 Association AMOPA

Pour fournir une puissance électrique de 1MW pendant un an, la consommation de «combustible» est de: 2 200 tonnes de charbon dans une centrale thermique 1400 tonnes de pétrole dans une centrale thermique 8 millions de tonnes d’eau pour une centrale hydraulique sous 500 mètres de chute 27 kg d’uranium enrichi dans une centrale nucléaire 600 g de deutérium/tritium dans un réacteur à fusion 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°4: L’énergie nucléaire peut-elle être qualifiée de propre? La production de 1000 MW pendant 1 an laisse en déchets : Pour une centrale à charbon : 350.000 m3 de cendres 6000 tonnes de poussières 8 millions de tonnes de CO2 Pour une centrale nucléaire : 120 m3 de déchets faiblement radioactifs à vie courte 5 m3 de déchets modérément radioactifs à vie longue 2,5 m3 de déchets de haute activité vitrifiés, à vie longue  La gestion des déchets est simplifiée par leur faible volume 14 octobre 2009 Association AMOPA

La crainte des radiations La radioactivité émise à l’extérieur par une centrale nucléaire est de l’ordre du dixième de celle d’une centrale à charbon*, et inférieure au centième de la radioactivité naturelle. * la combustion du charbon libère les éléments radioactifs naturels qu’il contient : l’uranium et ses descendants, le thorium et ses descendants, et le potassium. 14 octobre 2009 Association AMOPA

L’omniprésence de la radioactivité Le soleil est un « feu » nucléaire continuel, qui émet une radioactivité intense Le centre de la terre est le siège de réactions nucléaires nombreuses (magma en fusion) Beaucoup de minerais sont radioactifs (U, Th, Ac) L’homme est lui-même radioactif (Ra et K) 14 octobre 2009 Association AMOPA

Bilan de radioactivité pour l’homme Chaque individu reçoit en moyenne 10000 désintégrations par seconde: - 2300 proviennent de l’air et du sol - 2800 des rayons cosmiques - 2300 du radium contenu dans le corps - 2600 du potassium des muscles 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°5 Va-t-on vers un épuisement rapide des mines d’uranium? On peut couvrir les besoins du 21ème siècle et au-delà Si on met en place des surgénérateurs, on peut couvrir plusieurs milliers d’années 14 octobre 2009 Association AMOPA

Réserves mondiales d’uranium 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°6 Un accident type Tchernobyl est-il probable en France? Les réacteurs occidentaux sont d’une autre conception pour leur fonctionnement et pour leur sûreté que le RBMK russe Le risque zéro n’existe pas 14 octobre 2009 Association AMOPA

Les causes de l’accident de Tchernobyl Fautes de conception : instable en dessous de 25% de sa puissance, tendance à l’emballement descente trop lente des barres de contrôle (20 s au lieu de 2 s sur REP) effet accélérateur des embouts de carbone des barres de contrôle modérateur graphite inflammable (a causé l’incendie) absence d’enceinte de confinement Fautes d ’exploitation : 6 erreurs humaines : 3 mises hors-circuit volontaires des sécurités, 2 violations de consigne, 1 non-respect de procédure d’essai. Si une seule de ces erreurs avait été évitée, il n ’y aurait pas eu explosion 14 octobre 2009 Association AMOPA

La crainte des accidents Les accidents majeurs, tous causés par des fautes humaines, n’ont pas eu d’effets sur la santé pour les réacteurs occidentaux (accident TMI en 1979, niveau 5 sur échelle INES). Celui de Tchernobyl a été dramatique sur un réacteur RBMK en 1986, instable par conception, qui ne respectait pas les critères de sûreté occidentaux.(accident niveau 7 échelle INES) Depuis ces accidents, les principes de sûreté qui prévalaient en occident sont acceptés mondialement, et des outils crédibles d’évaluation de sûreté ont vu le jour. Le bilan de tous les autres réacteurs dans le monde depuis 20 ans ne fait apparaître aucun accident majeur (27 incidents en France, tous inférieurs au niveau 5 INES) 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°7: les tours de refroidissement sont-elles dangereuses? La vapeur s’échappant des tours de refroidissement serait-elle chargée de radioactivité, et donc génératrice de nuages toxiques? 14 octobre 2009 Association AMOPA

Les différents circuits d’eau dans un réacteur REP L’eau qui devient vapeur dans une tour appartient au circuit tertiaire, seule l’eau du circuit primaire est légèrement radioactive 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°8 Est-il vrai qu’on stocke le plutonium sans l’utiliser? Le plutonium n’existe pas naturellement L’238U des centrales se transforme donc en 239Pu On le tire des déchets de combustible Il entre dans la fabrication du combustible MOX 14 octobre 2009 Association AMOPA

Le combustible MOX C’est un Mélange d’Oxydes : - 6 à 7 % de Plutonium, tiré des déchets de combustible, sous forme d’oxyde PuO2 - 93% d’Uranium appauvri en U, sous forme d’oxyde UO2 Plus coûteux que l’Uranium enrichi, mais il consomme le Plutonium Utilisé depuis 22 ans dans 20 réacteurs en France 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°9 L’enfouissement des déchets radioactifs est-il à craindre? Les études menées dans la Meuse montrent la très grande stabilité du site profondeur (500m) Le site d’OKLO au Gabon apporte des informations intéressantes : 14 octobre 2009 Association AMOPA

Les réacteurs naturels d’OKLO au Gabon Un site découvert en 1972, dans un gisement de minerai d’uranium Des réactions de fission naturelle il y a 2 milliards d’années 16 foyers de réaction pendant des milliers d’années Un parallélisme frappant entre la composition du minerai découvert et le combustible épuisé de nos réacteurs industriels Un champ expérimental exceptionnel pour l’étude de l’enfouissement ! 14 octobre 2009 Association AMOPA

Les réacteurs naturels d’OKLO au Gabon 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°10 La fin de vie d’un réacteur pose-t-il problème? L’arrêt intervient après 30 ou 40 ans de fonctionnement La procédure suivant l’arrêt s’appelle le démantèlement 14 octobre 2009 Association AMOPA

Les 3 étapes du démantèlement d’une centrale Arrêt, déchargement du combustible (stocké sur place), équipements et bâtiments non nucléaires démontés (2 à 3 ans) Démontage et décontaminage des circuits auxiliaires, conditionnement et transfert des déchets radioactifs (4 à 5 ans) Pause de 40 ans (décroissance), démontage du reste des installations (4 à 5 ans), pour libération totale et inconditionnelle du site. 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°11: Que sont les réacteurs EPR ? Evolution de la filière actuelle REP vers une 3ème génération de réacteurs 1650 MW contre 1450 actuellement Uranium enrichi à 5% et MOX +22% d’électricité/réacteur actuel à quantité de combustible égale -20% de déchets radioactifs 14 octobre 2009 Association AMOPA

Sûreté des EPR Enceinte de confinement renforcée (2 murs de 1,3 m d’épaisseur) Récupérateur en matériau réfractaire en cas de fusion du cœur 4 systèmes de refroidissement en cas d’arrêt d’urgence, indépendants et redondants 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°12: Qu’est-ce qu’un surgénérateur? Réacteur de 4ème génération qui produit plus de combustible qu’il n’en consomme (environ 2 fois plus) Le cœur fissile est entouré d’une couverture de matériau fertile (238U devenant 239Pu ou 232Th devenant 233U) Permet de multiplier jusqu’à 100 fois la quantité d’électricité produite par une même quantité de minerai 14 octobre 2009 Association AMOPA

Types de surgénérateurs à neutrons rapides, les RNR, type Phénix et Superphénix, à sodium fondu à neutrons thermiques, les HTR ou VHTR, à sels fondus ou à hélium => Des projets sont envisagés à l’horizon 2030/2035 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n° 13 La fusion thermonucléaire a-t-elle des atouts? Un combustible très répandu, quasi-inépuisable, équitablement réparti sur la planète, Des cendres peu dangereuses : de l’hélium et des déchets peu radioactifs (tritium) Un inconvénient : une technologie très complexe à mettre en œuvre 14 octobre 2009 Association AMOPA

Quelques ordres de grandeur pour la fusion Dans un verre d’eau, on pourra tirer autant d’énergie par fusion D+D que dans 70 kg de charbon! Et dans un verre d’eau lourde: 45 t de charbon! On pourrait couvrir la consommation annuelle mondiale (1014 kWh) avec 12 millions de m3 d’eau naturelle (le Rhône pendant 20 mn sous le pont d’Avignon) 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°14 Quand apparaîtront les premiers réacteurs à fusion? Faisabilité: projet ITER (à Cadarache), réacteur de 1000 MW, de 2015 à 2030 Prototype: projet DEMO, réacteur de 6000 MW, de 2025 à 2050 Réacteurs industriels: au-delà de 2050 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°15 Quels sont les coûts comparés des kWh produits? Réacteurs actuels : coût total ~ 3 c€/kWh (y compris tous les coûts externes, dont la gestion des déchets et le démantèlement, chiffre DGEMP conforté par une étude finlandaise récente) Fusion : non encore évalué Centrale hydraulique: 2,2 c€/kWh Centrale thermique gaz : 4 c€/kWh Centrale thermique charbon : 5 c€/kWh 14 octobre 2009 Association AMOPA

La réalité des coûts du nucléaire pour un réacteur REP de 1300 MW Construction : 5 000 M€ Exploitation sur 40 ans : 5 000 M€ Démantèlement : 350 M€ ----------------- Au total : 10 35O M€ Recettes totales de vente du courant: environ 35 000 M€ 14 octobre 2009 Association AMOPA

Question n°16 Quelle est la place actuelle du nucléaire face aux autres énergies ? L’énergie nucléaire intervient essentiellement dans la production d’électricité Elle n’intervient dans les transports que maritimes Elle pourrait intervenir dans le chauffage urbain… 14 octobre 2009 Association AMOPA

Le nucléaire dans le monde 14 octobre 2009 Association AMOPA

Le nucléaire en France 14 octobre 2009 Association AMOPA

Production d’électricité en France 14 octobre 2009 Association AMOPA

Merci pour votre attention 14 octobre 2009 Association AMOPA