Quand le nucléaire ne produira (presque) plus de déchets

Selon ses promoteurs, l’énergie nucléaire va rester incontournable pour contenir à 1,5 degré le réchauffement de la planète. Ses émissions de CO2 sont presque nulles et elle présente l’avantage d’être «pilotable», c’est-à-dire de fournir à la demande, contrairement au solaire ou à l’éolien. «La transition énergétique ne se fera pas sans l’atome. Les renouvelables intermittents ne suffiront pas», affirme ainsi Valérie Faudon, déléguée générale de la Société française d’énergie nucléaire (SFEN), qui réunit les acteurs de la filière.

Si ce nouvel élan a lieu, il s’accompagnera de nouveautés radicales destinées à résoudre les deux handicaps du nucléaire, son coût grandissant et la gestion des déchets radioactifs. L’accident de Fukushima en mars 2011 a conduit les autorités nucléaires à durcir les règles de sûreté et donc à rallonger la construction des centrales. Pas loin de dix ans en moyenne, un quasi-doublement depuis 1990 (et parfois bien plus, comme pour l’EPR de Flamanville, réacteur de génération III). Ce qui érode leur compétitivité : le coût actualisé médian de l’électricité nucléaire était de 69 dollars le mégawattheure (MWh) en 2020, supérieur à celui des grands parcs d’éoliens terrestres et solaires (50 et 56 dollars le MWh), selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Ensuite, la question du traitement des combustibles usagés, qui, pour une petite partie, restent radioactifs des centaines de milliers d’années, n’est pas résolue.

A l’exception d’un centre américain, réservé à l’armée, aucun site de stockage de déchets à haute activité n’a été mis en service. La Finlande doit en ouvrir un en 2025, tandis que la Suède et la France (à Bure, dans la Meuse) ont des projets similaires. En attendant, les capacités d’entreposage de ces déchets ne sont pas illimitées, comme dans les usines d’Orano, à la Hague, qui pourraient être à saturation en 2030.

Pour limiter les coûts et les risques, plusieurs pays espèrent mettre en service à la fin de la décennie des SMR (small modular reactors), versions réduites des actuelles centrales, dotées d’une puissance comprise entre 30 et 300 MW. Selon certains experts, ces SMR pourraient fournir 10% de l’électricité nucléaire en 2040, prenant la place des centrales à charbon, alimentant des usines de dessalement ou encore la production d’hydrogène. Du nucléaire flexible en quelque sorte. Les SMR ne régleraient pas la question des déchets, mais seraient moins dangereux car leurs petits réacteurs ne risqueraient pas de s’emballer ou de partir en fusion. Leur montage serait, lui, ramené à moins de trois ans. «Ils seront constitués de modules standardisés fabriqués en usine, que l’on assemblerait comme un Lego», résume-t-on chez EDF, où l’on travaille, avec Naval Group, au SMR Nuward, annoncé pour 2032. Composé de deux réacteurs de 170 MW, il sera destiné à l’exportation.

L’engin tricolore fera face à une sérieuse concurrence puisque l’AIEA dénombre 72 projets dans le monde. Pour l’heure, un seul fonctionne : la minicentrale flottante de 70 MWe russe Akademik Lomonosov. Aux Etats-Unis, les SMR sont portés à la fois par le Department of Energy (2,5 milliards de dollars de subventions déjà programmées) et une série de start-up, dont les plus avancées comme TerraPower, X-Energy et NuScale assurent qu’elles feront tourner leur première machine avant 2030. Même horizon pour Rolls-Royce, qui, à la tête d’un consortium privé soutenu par le gouvernement britannique (2 milliards d’euros d’aides annoncés au nouveau nucléaire), veut construire 16 SMR au Royaume-Uni d’ici à 2050.

Le match est à peine lancé pour les SMR qu’une autre partie s’annonce, celle de la génération IV. Le concept remonte à une vingtaine d’années et il est soutenu par les grands acteurs du nucléaire civil (douze pays dont les Etats-Unis, la Chine, la Russie, la France), prêts à mettre une partie de leur R & D en commun pour faire aboutir le concept. Objectif, imaginer des systèmes nucléaires capables d’utiliser l’uranium naturel ou appauvri – et non pas enrichi comme c’est actuellement le cas –, ce qui permettrait de produire de 50 à 100 fois plus d’électricité avec la même quantité de minerais. «Les réacteurs de quatrième génération permettraient aussi de réduire drastiquement les résidus », explique Bertrand Morel, directeur de la R&D chez Orano, le spécialiste du retraitement des déchets. Ils pourraient régénérer des combustibles usés des centrales actuelles, dont le plutonium (qui est déjà en partie recyclé dans les réacteurs français). Et aussi brûler les actinides mineurs, ce qui réduirait le volume et la radiotoxicité de ces déchets ultimes de longue durée, ramenant cette dernière à «seulement» 300 ans.

La première technologie à avoir été testée est celle des réacteurs dits à neutrons rapides, qui, à la différence du parc actuel, fonctionne sans modérateur (la substance qui ralentit les neutrons pour optimiser la réaction en chaîne nucléaire, l’eau légère aujourd’hui). La Chine dispose aussi d’un prototype de 20 MW inauguré en 2011 et en construit un deuxième. Les Russes, pour leur part, ont raccordé leur premier réacteur à neutrons rapides au réseau en 2016. Les Américains, enfin, disposent de deux unités expérimentales de petite taille et l’Inde en achève une.

Et la France ? Elle semblait partie pour faire la course en tête avec Astrid (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), qui était un projet de réacteur rapide de 600 MWe refroidi au sodium liquide. Son rendement énergétique aurait été très supérieur à ceux des réacteurs en place et il apportait une solution pour écluser nos stocks de combustibles usagés. Seulement les difficultés techniques et le coût élevé – 5 milliards d’euros, dont 738 millions déjà investis à la fin 2017 – ont poussé le gouvernement à arrêter les frais pendant l’été 2019. «Comme les réserves d’uranium dans le monde sont aujourd’hui largement de plus d’un siècle de consommation, le projet n’a plus été jugé prioritaire », explique Jean-Claude Garnier, chef de programme Génération IV au Centre de l’énergie atomique (CEA).

Une autre technologie de quatrième génération semble prometteuse : les réacteurs dits à sels fondus. Il s’agit d’unités qui utilisent aussi l’uranium appauvri et le plutonium, pas sous forme solide mais dissous dans des sels liquides qui circulent directement dans le réacteur à pression ambiante (et non pas sous haute pression comme la vapeur dans un réacteur classique). Comme il n’y a aucun risque d’explosion, les cuves seraient de conception plus simple et les installations de confinement moins onéreuses.

Reste à maîtriser les réactions chimiques d’un tel système. Plusieurs projets sont en cours, au Canada, aux Etats-Unis et au Japon. La Chine et l’Inde s’y intéressent aussi car ces réacteurs permettraient d’utiliser un autre carburant, très bon marché, dont elles disposent en abondance dans leur sol, le thorium. Faiblement radioactif, il peut être assez facilement transformé en élément fissile avec un excellent rendement et un minimum de déchets. Naarea, considérée comme l’une des start-up françaises les plus prometteuses du secteur, planche d’ailleurs sur un miniréacteur à sels fondus de 40 MW qui utiliserait un mélange de thorium et de combustibles nucléaires usagés, solution qui fonctionnerait sans déchets. Qu’il s’agisse de réacteurs à neutrons rapides ou à sels fondus, cette génération IV ne devrait pas entrer en service avant 2040.

Et puis, il y a l’ultime frontière, la fusion nucléaire, qui fait gamberger les chercheurs depuis 70 ans. Il s’agirait en quelque sorte de reproduire dans un réacteur géant ce qui se passe au cœur du soleil. En soumettant les atomes d’hydrogène à une température ultra-élevée, on peut en effet les faire fusionner, ce qui dégage une quantité phénoménale d’énergie avec un rendement du combustible plus de 200 fois supérieur à celui du pétrole. Sur le papier, les avantages de cette technologie sont nombreux. Elle laisse peu de déchets et la radioactivité de son combustible, un mélange deutérium-tritium, diminue de moitié tous les douze ans.

Mais une véritable prouesse est nécessaire : pousser le thermomètre à des millions de degrés pour créer la fusion, puis enfermer le plasma où elle se déroule en créant un champ de confinement magnétique (il existe un autre procédé qui utilise le laser, le confinement inertiel, pour lesquels les recherches sont moins avancées). Une fois que la fusion aura créé plus d’énergie que celle qui a été nécessaire pour la déclencher, la réaction pourra s’auto-entretenir, ce qui laisse envisager l’idée – fantasmatique ? – d’une énergie inépuisable.

Tout cela est très complexe, mais les scientifiques progressent. Un démonstrateur coréen est ainsi parvenu début 2021 à maintenir un plasma à 100 millions de degrés pendant trente secondes. Son équivalent chinois a, lui, atteint les 120 millions de degrés pendant 101 secondes, l’été dernier. La France joue aussi un rôle clé dans cette quête : à Cadarache, près d’Aix-en-Provence, on bâtit Iter, le plus important réacteur civil de fusion nucléaire, issu de la coopération de 25 pays, qui sera équipé de l’aimant le plus puissant jamais construit. Cette installation pharaonique, au coût gigantesque – les dernières estimations s’élèvent à 44 milliards d’euros –, doit être progressivement mise en service à partir de 2026. Une dizaine d’années plus tard, Iter devrait être capable de produire pendant quelques minutes, voire une heure, une puissance équivalente à celle d’une centrale électrique classique, tout en dégageant un bilan énergétique positif. L’aventure de la fusion ne fait que commencer…

Les technologies à venir

• 2030 : SMR («Small Modular Reactor»)

Les start-up américaines qui se sont lancées dans la conception de ce genre de miniréacteurs, destinés à remplacer les centrales à charbon, annoncent les premières mises en route pour la fin de la décennie.

• 2035 : EPR 2

Si, comme EDF l'espère, un programme de six EPR2, la version simplifiée du réacteur en chantier à Flamanville (Manche), démarre en 2023, l’un d’entre eux pourrait être raccordé au réseau en 2035.

• 2045 : Génération IV

Ces réacteurs dits de quatrième génération fonctionneraient avec l’uranium naturel et utiliseraient beaucoup moins de minerai. A la clé, une forte réduction des déchets.

• 2100 : Fusion

Une technologie révolutionnaire qui promet une énergie quasiment inépuisable avec un minimum de résidus radioactifs. Mais elle est extrêmement difficile à mettre en place à grande échelle.