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

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

2 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

3 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

4 La fission 14 octobre 2009 Association AMOPA

5 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

6 La fusion 14 octobre 2009 Association AMOPA

7 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

8 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

9 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 La fusion de 2 noyaux D+T 18.109 14 octobre 2009 Association AMOPA

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

11 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

12 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

13 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 : 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

14 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

15 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

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

17 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

18 Réserves mondiales d’uranium
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19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 Les réacteurs naturels d’OKLO au Gabon
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29 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

30 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

31 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

32 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

33 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

34 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

35 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

36 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

37 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

38 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

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

40 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

41 Le nucléaire dans le monde
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42 Le nucléaire en France 14 octobre 2009 Association AMOPA

43 Production d’électricité en France
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44 Merci pour votre attention
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