Quel nucléaire après Fukushima ?

26/08/2017
Auteurs : Bertrand Barré
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2011-6:19582
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Quel nucléaire après Fukushima ?

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REE N°6/2011 ◗ 23 LE NUCLéAIRE APRèS FUKUSHIMA Bertrand Barré Une renaissance qui s’amorçait Après une croissance rapide dans les années 70 et 80, le développement de l’énergie nucléaire dans le monde s’est beaucoup ralenti dans les deux dé- cennies suivantes, ainsi que l’illustre la figure 1, qu’il convient d’interpréter en considérant qu’il fallait entre 5 et 10 ans entre le début de la construction d’un réacteur électrogène et sa mise en service. Ce fort ralentissement est venu de plusieurs causes : • La découverte des ressources pétrolières et gazières de la mer du Nord, qui a pratiquement arrêté le program- me britannique dès la fin des années 60, alors que ce programme avait été le plus important du monde, • Le premier choc pétrolier qui a provoqué l’annula- tion massive de projets nucléaires aux Etats-Unis, aux Quel nucléaire après Fukushima ? L’accident de Fukushima a réveillé des craintes et des interrogations qui étaient en voie d’apaisement : est-ce de nature à faire avorter la « renaissance » du nucléaire ? Nuclear power experienced a fast growth during the 70s and 80s, but a quasi-stagnation during the 90s. Since the beginning of the 21st century, a so-called renaissance could be witnessed, fuelled by concerns about energy security of supply, volatility of oil and gas prices, fear of an incoming “peak oil”, and, last but not least, the threat of global climate change due to the anthropogenic emissions of greenhouse effect gases. Then, on March 11, 2011, a monster earthquake followed by a violent tsunami triggered an accident which all but destroyed four nuclear reactors on the Fukushima-Daiichi site, on the east coast of Honshu, the main Japanese island. There was meltdown in three reactor cores, hydrogen explosions which blew off the upper structures of four reactor buildings, and massive radioactive contamination of a spread of land north-west of the site as well as radioactive releases to the ocean. This accident triggered reactions of various intensities throughout the world, awakening the fears, and questions raised 25 years before by the Chernobyl accident. But the tsunami did not make the fundamentals of the renaissance disappear. After a pause, to fully learn lessons from the accident, the renaissance is likely to start again, all the much since the “third generation” nuclear plants would have survived unscathed the Fukushima earthquake and tsunami. abstract Figure 1 : Évolution de la capacité nucléaire installée dans le monde entre 1960 et 2009 - Source [1]. 24 ◗ REE N°6/2011 LE NUCLéAIRE APRèS FUKUSHIMA stades de la commande et de la construction1. L’accident survenu en mars 1979 à Three Mile Island a contribué à prévenir toute reprise des commandes dans ce pays au cours des trois décennies suivantes, • Le « contre-choc » pétrolier de 1985 a fortement érodé la marge de compétitivité de l’électricité d’origine nucléaire par rapport à celle produite par des turbines à gaz de plus en plus performantes, • L’accident d’avril 1986 à Tchernobyl a durablement ébranlé la confiance des publics européens, de l’Est comme de l’Ouest, dans la sûreté des centrales nucléaires. De 1987 à 2003, les seules commandes de centrales nu- cléaires ont été limitées à l’Asie : Japon, Corée du Sud, Chine et Inde. Il en est résulté que, alors qu’en 1997 le nucléaire était, loin derrière le charbon, la deuxième source d’électricité dans le monde avec une part de près de 20 %, en 2000, alors que la production électronucléaire croissait encore en valeur absolue, elle ne représentait plus que 18 % du total, puis 16 % en 2005 et un peu moins de 14 % en 2010. Pourtant, avant même l’an 2000, on pouvait déceler les signes d’une reprise. Aux Etats-Unis, une amélioration remarquable de la dis- ponibilité des centrales nucléaires et le regroupement de centrales, jadis très éparpillées, en parcs nucléaires gérés par de grands opérateurs, rendait le nucléaire très compétitif. En conséquence, les mises à l’arrêt de centrales anciennes cé- daient rapidement la place à des demandes d’extension de 1 Il est toujours un peu surprenant de constater ce paradoxe : le choc pétrolier de 1974 qui a fortement accéléré le programme nucléaire en France a presque tué le programme nucléaire américain. Ce paradoxe fait l’objet de l’article [2]. durée de vie au-delà des 40 années d’origine. Plus de 60 des 104 réacteurs nucléaires en fonctionnement sur le territoire américain sont ainsi désormais autorisés à fonctionner 60 ans. Pour la première fois depuis 1974, de nouveaux projets nucléaires débutaient. La Finlande commandait en 2003 un EPR, première commande dans l’Union européenne depuis l’accident de Tchernobyl. Ce furent les prémices d’un retour en grâce du nucléaire dans de nombreux pays européens : Grande Breta- gne, Suède, Italie, Pays-Bas, sans parler des nouveaux mem- bres venus de l’Est. Même l’Allemagne se préparait fin 2010 à repousser la date de sa sortie du nucléaire, votée en 2001 par la coalition SPD-Verts. Le programme nucléaire russe était sorti de l’hibernation provoquée par Tchernobyl, tandis que Chine et Inde affi- chaient des programmes très ambitieux. Enfin, à partir de 2006, de nombreux pays non dotés de centrales nucléaires entamaient des démarches officielles auprès de l’Agence Internationale de l’Energie Atomique, à Vienne, afin qu’on les aide à planifier l’introduction du nu- cléaire dans leur bouquet énergétique. Les raisons de cette reprise, souvent qualifiée de « renais- sance » dans les media, sont bien connues : volatilité des cours des hydrocarbures, craintes quant à la sécurité d’appro- visionnement en énergie à moyen terme (le fameux “peak oil”), et, surtout, prise de conscience du risque que l’usage croissant des combustibles fossiles, pétrole, charbon et gaz, fait courir à l’équilibre climatique de notre planète. Ainsi durant toute la première décennie de ce nouveau mil- lénaire, les diverses prévisions de développement de l’éner- gie nucléaire dans le monde, aux horizons 2030 et 2050, ont Figure 2 : Réacteurs en service dans le monde en septembre 2011 - Source : AIEA REE N°6/2011 ◗ 25 Quel nucléaire après Fukushima ? régulièrement augmenté, de même que, concrètement sur le terrain, la capacité nucléaire en cours de construction est passée de 25 à 63 GWe (Figure 2)2. De leur côté, les grands constructeurs, souvent regroupés, ont tiré les leçons de Tchernobyl et se sont mis à proposer des réacteurs dits de «  génération 3 » : EPR, AP1000, ABWR, ATMEA, etc. conçus pour que même l’accident nucléaire maximum – la fonte de la totalité du cœur – n’entraîne pas la nécessité d’évacuer les populations voisines de la centrale. C’est dans ce ciel « serein » qu’est survenu, comme un coup de tonnerre, l’accident de Fukushima. L’accident de Fukushima Le 11 mars 2011, un séisme exceptionnel, suivi d’un tsu- nami monstrueux, a frappé la côte est de Honshu, principale île du Japon, et provoqué un accident grave à Fukushima- Daiichi, l’une des quatre centrales nucléaires situées au bord de cette côte. Le séisme, évalué au niveau 9 sur l'échelle de Richter, n'a pas détruit les réacteurs, pourtant dimensionnés pour résister à un niveau inférieur, mais a déclenché l'arrêt automatique des 11 réacteurs qui étaient alors en marche dans la zone 2 Les REP d’origine soviétique ou russe sont notés VVR. concernée. C'est la procédure normale, et les systèmes de refroidissement après l'arrêt ont démarré comme il se doit. En effet, quand on arrête la réaction de fission en chaîne qui « fait marcher » un réacteur nucléaire, les éléments radioactifs produits alors que le réacteur était en fonctionnement, se dé- sintègrent progressivement, en dégageant une chaleur « rési- duelle » qui décroît, d'abord rapidement puis plus lentement. Il est donc impératif de continuer à refroidir le cœur d'un réacteur pendant plusieurs jours après l'arrêt de celui-ci. Le site de Fukushima-Daiichi était protégé des tsunamis par une digue de 6,5 mètres de haut. Malheureusement, la vague qui a frappé la centrale de Fukushima cinquante minu- tes après le séisme dépassait les 14 mètres : les réacteurs 5 et 6, construits sur une plate-forme plus élevée, ont gardé un diesel en marche, mais le tsunami a endommagé les systè- mes de refroidissement des réacteurs 1 à 4, probablement par les débris divers charriés par cette énorme vague. Á partir de cet instant, les équipes de l'électricien TEPCO qui exploi- taient cette centrale ont commencé à se battre pour conti- nuer à refroidir le combustible dans les cœurs des réacteurs endommagés et dans les piscines où sont entreposés les combustibles usés. Tour à tour, les réacteurs 1, 2 et 3 ont connu une séquence analogue : refroidissement insuffisant du combustible, baisse Figure 3 : Schéma d’un réacteur à eau bouillante du type Fukushima 1 - Source : site Web de la NRC. 26 ◗ REE N°6/2011 LE NUCLéAIRE APRèS FUKUSHIMA du niveau de l'eau et augmentation de la pression de vapeur dans la cuve qui le contient, « dénoyage » du haut du cœur qui, du coup, était encore moins bien refroidi. Les gaines métalliques dans lesquelles sont empilées les pastilles de combustible ont surchauffé, ce qui a déclenché une réaction chimique avec la vapeur d'eau : celle-ci s'est décomposée au contact des gaines en oxydant ces dernières et en libérant de l'hydrogène. La partie haute, dégradée, des gaines a libéré dans la vapeur d'eau les éléments radioactifs les plus volatils que celles-ci contenaient. Pour préserver l'intégrité de l'enceinte « de confinement » qui entoure la cuve (Figure 3), les opérateurs ont fait baisser la pression en procédant à des relâchements volontaires de cette vapeur chargée d'éléments radioactifs, et l'hydrogène a suivi, s'accumulant dans la partie haute du bâtiment qui abrite l'enceinte de confinement, parce que la cheminée d'évacuation normale était obstruée. Dans ce bâtiment, l'hydrogène s'est combinée à l'air pour constituer un mélange explosif, et l'explosion a plus ou moins détruit le bâtiment, relâchant à l'air libre la vapeur contami- née de produits radioactifs. On sait que les cœurs des réacteurs 1, 2 et 3 ont fondu, au moins partiellement, et que les cuves et les enceintes de confinement ont perdu leur étanchéité. Mais quand les opé- rateurs ont réussi à réinjecter de l’eau (en commençant par de l’eau de mer !) dans les cuves, l’ensemble s’est re-solidifié dans une géométrie encore inconnue. Le réacteur 4 était totalement déchargé lors de l’accident et sa piscine était remplie d’assemblages combustibles usés, dont certains étaient encore très chauds. Quand le haut du bâtiment 4 a été soufflé par une explosion d’hydrogène, on a craint que le scénario d’assèchement des autres cœurs se soit aussi produit dans la piscine 4. On a pu vérifier plus tard que le combustible entreposé dans la piscine était toujours intact, et que l’hydrogène provenait sans doute du réacteur 3 qui partage avec le 4 la même cheminée (obstruée). Très rapidement, les autorités japonaises ont fait procéder à l’évacuation, dans un rayon de dix, puis de vingt kilomètres autour de la centrale, ce qui aura beaucoup limité l’irradiation des populations hors site. Durant les premiers jours, les pana- ches radioactifs se sont dirigés vers l’océan, mais, le 17 mars, les vents ont tourné et le panache a contaminé une langue de terre orientée vers le nord-est du site, d’une cinquantaine de kilomètres de longueur et d’une largeur variable, entre cinq et dix kilomètres (Figure 4). Nous ne décrirons pas ici les étapes d’une reprise en main du site qui va se poursuivre sur plus d’une dizaine d’années et dont la première s’est achevée en mi-juillet 2011, mais Figure 4 : Estimation des doses reçues par irradiation externe la première année à partir des mesures US DOE/NNSA - Source : IRSN. REE N°6/2011 ◗ 27 Quel nucléaire après Fukushima ? les conséquences locales immédiates de l’accident peuvent être ainsi résumées (bilan en août 2011) : • Quatre réacteurs définitivement hors service et deux autres dont le redémarrage est improbable, même s’ils sont intacts • Un relâchement de radioactivité dans l’environnement équi- valent au dixième environ de celui provoqué par l’accident de Tchernobyl • Evacuation pour une durée indéterminée d’une centaine de milliers d’habitants – 80 000 dans la zone située dans un rayon de 20 km autour de la centrale, déclarée zone interdite le 21 avril • Une dizaine de milliers de travailleurs mobilisés pour la re- prise en main du site, dont une centaine a reçu une dose d’ir- radiation supérieure à 100 mSv, et 6, supérieure à 250 mSv • Condamnation des produits de la pêche et de l’agriculture dans la préfecture de Fukushima. N’ayons garde d’oublier que cet accident est survenu dans un pays dévasté par le cataclysme naturel qui a provoqué plus de 30 000 morts et disparus… Ayant ainsi résumé les conséquences locales, nous allons maintenant passer en revue les conséquences de cet acci- dent dans le monde. Les réactions à travers le monde Il avait fallu une vingtaine d’années pour que les opinions publiques mondiales, traumatisées par l’accident de Tcherno- byl, reprennent confiance dans l’énergie nucléaire, et ce, à des degrés très divers selon les pays. Avec du recul, il apparaissait clairement que cet accident était survenu dans des circons- tances exceptionnelles : au cours d’une expérience de sûreté assez risquée, menée sur un type de réacteur spécifique de l’URSS et susceptible de fortes instabilités dans certains régi- mes de fonctionnement, par des opérateurs peu conscients des risques qu’ils prenaient, dans une société placée sous un régime autoritaire et centralisé, sans indépendance des auto- rités de sûreté, etc. Il était relativement facile de dire : « c’est un accident soviétique, avant d’être un accident nucléaire » et de démontrer que ce type d’accident ne risquait pas de se produire dans les pays occidentaux équipés de réacteurs très différents. Mais le Japon de 2011 n’est pas l’Ukraine de 1986 : pays occidental industrialisé et démocratique, avec une fascina- tion certaine pour la haute technologie, des réacteurs à eau ordinaire de type américain en fonctionnement normal, etc. Peu de pays nucléaires peuvent estimer que l’accident de Fukushima ne les concerne pas – même si le nombre de centrales situées hors du Japon et soumises à des risques de séisme et de tsunami de telles ampleurs est très limité (Figure 5). Partout, des études dites « stress tests », ont été lancées pour évaluer la « défense en profondeur » des sites nucléaires contre une agression naturelle majeure (séisme, inondation, tsunami, sécheresse) voire une combinaison d’agressions Figure 5 : Activité sismique à la surface du globe depuis 1973 et localisation des centrales nucléaires - Source : USGS - AUEA [3]. 28 ◗ REE N°6/2011 LE NUCLéAIRE APRèS FUKUSHIMA comme celle qui a provoqué l’accident de Fukushima (séis- me + tsunami). En effet, depuis longtemps les études de sûreté ont pris en compte la défense en profondeur contre des défaillances de composants ou de systèmes des centrales nucléaires : les systèmes de sûreté qui doivent limiter les conséquen- ces de ces défaillances sont redondants et diversifiés. Depuis l’accident de Three Mile Island (1979), l’accent a été mis sur le facteur humain, c’est-à-dire le risque qu’une erreur des opérateurs vienne provoquer ou aggraver la défaillance des systèmes. Mais la protection contre les agressions naturelles était, en général, plus sommaire  ; on évaluait, sur la base d’études locales, l’agression maximale historiquement vrai- semblable, à laquelle on ajoutait une marge de sécurité pour définir une agression maximale « de sécurité » à laquelle l’ins- tallation devait pouvoir résister sans dommage. Mais l’analyse des conséquences éventuelles d’une agression encore pire était rarement poussée très loin. De façon très générale, on peut dire que les études dé- terministes ont repris l’importance qu’elles avaient un peu perdue au profit des études probabilistes de sûreté. Au-delà de cette réaction générale et rationnelle, les dif- férents pays dotés de centrales nucléaires ou se préparant à s’en doter ont eu des réactions très variées. Réactions au Japon Venant s’ajouter à la dévastation provoquée dans toute la côte nord-est de Honshu par le séisme le plus puissant jamais enregistré au Japon et par le tsunami qui l’a suivi, l’accident de Fukushima a fortement secoué le Japon. En juillet, il n’y avait toujours que 18 des 54 tranches nucléaires japonaises en état et autorisées à fonctionner, et l’alimentation électrique du pays entier en reste précarisée. Déjà perturbée par le séisme de Niigata en 2007, qui avait dépassé les normes de construction de la grande centrale de Kashiwasaki-Kariwa, l’opinion publi- que japonaise a bien sûr réagi très négativement. Le nucléaire fournissait 30 % de l’électricité du pays et plusieurs nouveaux réacteurs étaient en construction ou en projet. Aujourd’hui, les constructions sont retardées et les projets, annulés ou repor- tés sine die. L’objectif de réduction de 25 % des émissions de gaz à effet de serre a donc dû être abandonné. Un soutien étatique a été accordé d’urgence à TEPCO pour éviter la faillite à la plus grosse société japonaise d’élec- tricité. Incidemment, le Premier Ministre a démissionné. Le nucléaire fournissait 30 % de l’électricité du Japon. Un sondage effectué pour la chaîne de télévision NHK le 26 mai donnait les résultats suivants : Il faudrait • Augmenter cette proportion 3 % • Garder cette proportion identique 32 % • Réduire cette proportion 43 % • Sortir du nucléaire 14 % Réactions en Europe (hors France) En dehors du Japon, c’est en Europe « de l’Ouest » que les réactions ont été les plus marquées, voire brutales. Un pays, l’Allemagne, a décidé d’arrêter à court terme toutes ses centrales nucléaires en opération, et deux pays, L’Italie et la Suisse, ont décidé d’annuler leurs projets de nouvelles cen- trales. L’Allemagne a réagi en deux temps : suspension immé- diate des opérations de huit réacteurs, bien avant que l’on ait pu tirer le moindre enseignement de l’accident japonais, puis, la majorité gouvernementale ayant néanmoins perdu contre les Verts les élections du 27 mars au Bade-wurtemberg, dé- cision d’arrêt définitif de tout le nucléaire allemand – 20 % de leur électricité – avant fin 2022. En France, la décision allemande a eu presque plus d’im- pact que le drame japonais. Il ne s’agit pourtant que d’un simple retour à la loi de sortie votée dix ans plus tôt, mais, il est vrai, remise en cause en 2010 par le gouvernement de Mme Merkel. Les chantres français de « l’exemple Allemand » négligent en général de préciser que cet exemple est unique au monde, que 42 % de l’électricité allemande est produite par la combustion de charbon et de lignite ce qui fait déjà de l’Allemagne le plus gros émetteur de gaz à effet de serre de l’Union européenne, et que l’arrêt du nucléaire ne va pas permettre aux Allemands d’honorer leurs engagements à cet égard en dépit de leur remarquable effort de développement des énergies renouvelables. L’Italie est le seul pays à être sorti volontairement3 du nu- cléaire et ce, brutalement, en 1987 (un an après Tchernobyl). Le gouvernement actuel préparait le retour, appuyé sur une coopération étroite entre EDF et ENEL, mais un référendum tenu le 13 juin a repoussé celui-ci sine die. Ici encore, retour à la case précédente. En septembre 1990, la Suisse avait rejeté par « votation » la sortie du nucléaire, mais adopté un moratoire de 10 ans sur toute nouvelle construction. La votation populaire du 18 mai 2003 a rejeté les projets de sortie et de moratoire. En no- vembre 2010, l’Inspection Fédérale de la Sécurité Nucléaire (IFSN) a déclaré « adéquats » trois sites proposés (Mühlberg, Beznau et Gösgen) pour la construction de trois nouvelles centrales nucléaires en Suisse, et les citoyens du canton de Berne ont approuvé en février 2011, un mois avant l’accident de Fukushima, la construction d’un nouveau réacteur à Mühl- 3 La Lituanie a du fermer en 2006 et 2009 ses réacteurs RBMK, condition imposée à son accession à l’Union européenne. Les pays Baltes ont un projet commun de nouvelle construction nucléaire. REE N°6/2011 ◗ 29 Quel nucléaire après Fukushima ? berg. Après l’accident, le 25 mai, le Conseil fédéral est revenu à la sortie progressive de l’énergie nucléaire en décidant de ne pas renouveler les centrales nucléaires en service mais de les arrêter définitivement une fois que celles-ci auront atteint 50 ans, c’est-à-dire entre 2019 et 2034. Dans tous les autres pays européens, l’accident japonais a provoqué une baisse significative du soutien des opinions publiques au nucléaire, mais sans modification de leurs politi- ques énergétiques respectives, que celles-ci soient favorables ou défavorables au développement de l’énergie nucléaire. Réactions dans le reste du monde Hors Europe et Japon, tous les pays possédant des cen- trales nucléaires ou se préparant à en acquérir sont restés sur leur position antérieure à l’accident. Les programmes ambi- tieux de la Chine et de l’Inde continuent tandis qu’aux Etats- Unis, plus que l’accident de Fukushima, ce sont l’abondance récente de gaz de schiste et l’abandon de Yucca Mountain qui retardent certains projets. Réactions en France Sans l’accident de Fukushima, le nucléaire n’aurait proba- blement pas été un sujet majeur de la campagne électorale préalable aux élections générales du printemps 2012. Sans atteindre la violence de celles de nos voisins immédiats de l’Est, les réactions de l’opinion française et des média ont été immédiates et viscérales, contrastant avec les réactions beaucoup plus mesurées de nos voisins britanniques et scandinaves, sans parler des membres les plus récents de l’Union européenne. La sortie à terme – terme indéterminé – du nucléaire est désormais un sujet qui va peser dans la campagne, attisé par le parti Europe Ecologie Les Verts. Il est difficile d’en dire plus à cette date. Après la pause, le rebond ? Ne perdons pas de vue que l’accident de Fukushima est l’une des conséquences – et seulement l’une – de la com- binaison d’un séisme extrême et d’un tsunami majeur. Les tendances lourdes détaillées au premier paragraphe, qui avaient provoqué la « renaissance » du nucléaire n’ont pas été balayées le 11 mars 2011 par ce tsunami et restent pré- gnantes. Le monde, et l’Europe en particulier, ne sont pas encore sortis de la crise financière et économique de 2008. Les événements du « printemps arabe » vont conduire à plus de démocratie dans le monde, ce dont on ne peut que se féliciter, mais pas forcément en douceur et dans la stabilité géopolitique d’une région globalement vitale pour l’approvi- sionnement mondial en hydrocarbures… Comme l’indiquent les figures 6 et 7, les prévisions par l’AIEA de puissance nucléaire installée dans le monde en 2030 n’avaient fait que grandir de 2005 à 2010, mais redescendent un peu en 2011 : c’est l’effet de la pause plus ou moins généra- le et des décisions allemandes et japonaises. Mais on constate que l’on redescend seulement au niveau des projections fai- tes en 2008 ou 2009, ce qui implique qu’après la pause, les programmes nucléaires redémarreront. Ceci ne veut pas dire Figure 6 : Projections AIEA de la puissance nucléaire installée dans le monde – Hypothèse basse [4]. 30 ◗ REE N°6/2011 LE NUCLéAIRE APRèS FUKUSHIMA que Fukushima sera oublié : les programmes redémarreront en tenant compte des enseignements de l’accident, ce qui de- vrait accélérer la transition entre les réacteurs « de génération 2 » actuellement en service et ceux de la « génération 3 » dont plusieurs exemplaires sont en construction. Les « générations » de systèmes nucléaires C’est avec le lancement par le Département américain de l’énergie de l’initiative « Génération 4 » en 1999 que la notion de génération de réacteurs ou systèmes nucléaires s’est précisée. On classe en Génération 1 les réacteurs construits pendant la période pionnière, en gros, de 1955 à 1970 : beaucoup de modèles différents, escalade rapide des puissances, très court délai entre conception et mise en service, pas de standardi- sation et sûreté encore embryonnaire. En bref, une flotte de prototypes, ou presque. Pratiquement tous ces réacteurs sont aujourd’hui arrêtés et à divers stades de démantèlement. La Génération 2 regroupe plus de 400 réacteurs aujourd’hui en marche qui ont produit 14 % environ de l’électricité mondiale en 2010. L’énorme majorité de ces réacteurs appartient à la famille des réacteurs dans lesquels de l’eau ordinaire sert à la fois de caloporteur pour transpor- ter vers le groupe turboalternateur la chaleur produite dans le cœur par les fissions nucléaires, et de modérateur pour ralentir les neutrons et augmenter ainsi leur efficacité. Dans cette famille, la filière des réacteurs à eau pressurisée, REP, domine largement la filière des réacteurs à eau bouillante REB (Figure 2)4 . Les réacteurs de Génération 3 ont été conçus après l’accident de Tchernobyl et incorporent les leçons tirées de cet accident ainsi, bien sûr, que celles tirées de l’accident de Three Mile Island qui avaient déjà été largement prises en compte dans les modèles les plus récents de la génération précédente. Les leçons de TMI portaient sur l’amélioration de la prévention des accidents « graves », ceux qui entraîneraient une destruction partielle ou totale du cœur, notamment par une meilleure prise en compte du facteur humain. L’accident de Tchernobyl est tellement spécifique du type de réacteurs dans lequel il s’est produit qu’il n’a guère apporté de leçon quant à la prévention d’un accident du même genre dans les réacteurs REP ou REB. En revanche, il a envoyé un message clair à toute la communauté nucléaire : aussi minime qu’en soit la probabilité d’occurrence, un accident qui provoque la 4 Les réacteurs français sont tous des REP. Les REB sont surtout présents aux USA et au Japon (y compris les réacteurs de Fukushima). Figure 7 : Projections AIEA de la puissance nucléaire installée dans le monde – Hypothèse haute [4]. REE N°6/2011 ◗ 31 Quel nucléaire après Fukushima ? contamination radioactive massive de l’environnement n’est pas acceptable. Les réacteurs qui méritent réellement le la- bel « génération 3 » sont ceux qui sont conçus et construits, comme nous l’avons dit plus haut, pour que même la fonte de la totalité du cœur n’entraîne pas la nécessité d’évacuer les populations voisines de la centrale5. Enfin, alors que l’on démantèle la génération 1, que l’on fait marcher la génération 2 et que l’on construit la génération 3, on prépare, dans un cadre multinational, la Génération 4 qui devra répondre aux contraintes que l’on anticipe pour la deuxième moitié du siècle. La principale de ces contraintes viendra – si la renaissance du nucléaire est vigoureuse au plan mondial – de l’épuisement prévisible des ressources en matières fissiles accessibles à un prix raisonnable6. Les res- sources d’uranium identifiées aujourd’hui permettraient d’ali- menter le parc mondial actuel pendant plus d’un siècle, et on peut tripler ce chiffre si l’on ajoute les ressources probables non encore identifiées. Mais si, comme on peut l’anticiper, ce parc devait tripler ou quadrupler, alors l’horizon de la pénurie d’uranium se rapprocherait significativement. C’est pourquoi, l’essentiel des études dédiées aux systèmes nucléaires de génération 4 sont concentrées sur le développement des surgénérateurs à neutrons rapides qui offrent la possibilité d’extraire de la même quantité d’uranium naturel entre 50 et 100 fois plus d’énergie que ne le peuvent les réacteurs REP et REB. Certains7 demandent alors : « Pourquoi ne pas faire l’im- passe sur la génération 3 et développer directement la géné- ration 4, en faisant, au besoin, durer les réacteurs actuels plus longtemps que prévu ? ». C’est sous-estimer grandement le temps nécessaire au développement et à la démonstration de systèmes nucléaires franchement nouveaux dans une in- frastructure industrielle et réglementaire entièrement dédiée aux réacteurs à eau. La seule certification des réacteurs de génération 3, pourtant technologiquement si proches de ceux de la génération 2, a exigé plus d’une décennie… et il ne s’agit que des réacteurs. La génération 4 ne se conçoit qu’avec recyclage complet des combustibles usés, ce qui exige de développer également des usines du cycle du combustible adaptées à ses réacteurs. En outre, il est probable que les sys- tèmes de génération 4 seront plus coûteux que les systèmes 5 Les spécialistes du marketing parlent de génération 2+, 3, 3+ voire 3++… La définition proposée évite ces ambiguïtés. 6 Il y a d’autres critères à prendre en compte : meilleure gestion des déchets radioactifs à longue durée de vie, sûreté au moins égale à celle des systèmes de génération 3, etc. 7 Au passage, ce sont quelquefois les mêmes qui ont exigé et obtenu l’arrêt prématuré de Superphénix, qui était un précurseur de la géné- ration 4. actuels et qu’ils ne seront donc déployés commercialement que sous la menace d’une pénurie de matière fissile. C’est donc bien la génération 3 qui nous concerne à court terme. Pleins feux sur la « troisième génération » Chaque grand constructeur propose au moins un modèle de réacteur de génération 3 : AREVA offre deux REP : l’EPR de 1 600 MWe et l’ATMEA de 1 100 MWe développé en commun avec Mitsubishi, ainsi qu’un REB, KERENA de 1 000 MWe. General Electric et Hitachi proposent deux REB : L’ABWR de 1 350 MWe et l’ESBWR de 1 500 MWe. Mitsubishi a son propre modèle de REP, l’APWR de 1 700 MWe. Rosatom commercialise un VVR : l’AES92 de 1 000 MWe. Quant à Toshiba-Westinghouse, leur modèle est l’AP1000 de 1 200 MWe. J’hésite un peu à labelliser Généra- tion 3 l’APR1400, REP moderne Sud-coréen. Au total, quatre EPR sont en cours de construction en Finlande, en France et en Chine ; deux AES92 sont prêts à démarrer en Inde ; deux ABWR sont en fin de construction à Taiwan ; enfin, quatre AP1000 sont en construction en Chine et quatre autres ont été commandés aux Etats-Unis. Tous ces réacteurs comportent des dispositifs et des systèmes spécifiques « de mitigation » destinés à limiter les conséquences d’un accident grave s’il venait à se produire. Bien qu’ils aient été conçus avant l’accident de Fukushima, ils n’auront sans doute que très peu de modifications à subir à l’issue des « stress tests ». Prenons en exemple l’EPR, dont un exemplaire est en cours de construction sur le site EDF de Flamanville, sur la presqu’île du Cotentin. Côté « prévention », l’EPR est équipé de quatre « trains » indépendants dont chacun comprend tous les systèmes de sûreté suffisants pour amener le réacteur à l’état d’arrêt sûr en cas de début de séquence accidentelle : • Injection de sécurité, utilisée en cas de brèche du circuit primaire • Eau alimentaire de secours des générateurs de vapeur • Circuit de refroidissement intermédiaire • Circuit d’eau brute • Diesels de secours principaux. C’est donc une redondance de quatre fois 100 %. Ces trains de sauvegarde sont installés chacun dans un bâtiment distinct pour éviter les défauts de mode commun (Figure 8). Deux de ces bâtiments sont localisés de part et d’autre du bâtiment réac- teur pour éviter qu’une agression puisse les mettre tous deux hors de service à la fois, et les deux autres bâtiments, contigus, sont protégés par une coque supplémentaire en béton forte- ment ferraillé (protection contre un éventuel crash d’avion). 32 ◗ REE N°6/2011 LE NUCLéAIRE APRèS FUKUSHIMA En cas de perte de l’alimentation électrique normale par le réseau électrique de 400 kV, l’EPR dispose de plusieurs options de défense en profondeur : • Îlotage de la tranche (auto-alimentation par le groupe tur- boalternateur) • Ou : arrêt d’urgence et basculement automatique sur le réseau auxiliaire (110 kV) si l’îlotage ne fonctionne pas • Ou : démarrage automatique des quatre diesels principaux (10 kV) si le réseau auxiliaire est perdu à son tour (un seul diesel suffit pour amener et maintenir la tranche en arrêt sûr, avec sept jours d’autonomie à pleine charge de chacun des quatre diesels) • Ou : démarrage manuel des deux diesels dits « SBO8 » (690 V) en cas de défaillance des quatre diesels principaux, par exem- ple par défaillance de mode commun (un seul diesel SBO suffit pour amener et maintenir la tranche en arrêt sûr). Les deux diesels SBO, qui assurent 24 heures d’autono- mie supplémentaires, sont totalement distincts des quatre diesels principaux, y compris quant à leur approvisionnement en carburant. Les six groupes diesels (quatre principaux et deux SBO) sont répartis dans deux bâtiments séparés, en béton armé avec porte étanche épaisse, pour assurer leur protection contre les agressions naturelles ou malveillantes. Dans ces conditions, nous sommes confiants que l’EPR de Flamanville aurait résisté à la combinaison séis- me + tsunami qui a provoqué l’accident de Fukushima- Daiichi. Mais même si une agression encore plus forte avait af- fecté le réacteur au point de finir par provoquer la fusion de son cœur, l’EPR est équipé des dispositifs de mitigation dont les principaux sont les suivants : 8 Pour Station Black-Out, perte totale des alimentations électriques nor- males et de secours. Figure 9 : Le récupérateur de corium et le réservoir interne à l’enceinte du réacteur. Figure 8 : Ilot nucléaire de l’EPR avec ses quatre bâtiments de sauvegarde. REE N°6/2011 ◗ 33 Quel nucléaire après Fukushima ? • Un récupérateur de « corium »9 fondu, où ce dernier serait étalé, refroidi et re-solidifié sans action de l’opérateur par l’eau d’un gros réservoir situé à l’intérieur du bâtiment réac- teur et surélevé par rapport au récupérateur (écoulement gravitaire). Figure 9. • Plus de 40 recombineurs catalytiques (ne nécessitant pas d’alimentation électrique) qui feraient brûler l’hydrogène produit lors de la fusion du cœur avant qu’il n’atteigne une concentration dans l’air lui permettant d’exploser. • Une enceinte de confinement en béton, double et très ré- sistante tant à la surpression interne qu’aux agressions ex- ternes. De plus, l’enceinte interne est revêtue à l’intérieur d’une peau étanche en acier. • Un système d’aspersion en circuit fermé refroidi par air pour évacuer à long terme la chaleur résiduelle du corium et maintenir l’intégrité du béton de l’enceinte interne. • Un radier en béton armé très épais qui supporte « en mo- nobloc » tous les bâtiments nucléaires. 9 On appelle corium le mélange de métaux et d’oxydes résultant de la fusion complète à très haute température de tout le contenu de la cuve du réacteur : cœur et structures internes. Tous ces dispositifs supplémentaires augmentent bien évi- demment le coût d’investissement des réacteurs de génération 3 par rapport à ceux qui les ont précédés, mais ils contribuent aussi à allonger la durée de vie probable de ces installations et leur taux de disponibilité, ceci compensant cela. Conçus après Tchernobyl et validés après Fukushima, ces réacteurs, EPR et ses concurrents, devraient permettre de redonner confiance dans la sûreté du nucléaire, préalable in- dispensable à la reprise de sa « renaissance ». Références [1] Technology Roadmap – Nuclear Energy. AIE, 2010. [2] Retour sur les conséquences du premier choc pétrolier des deux côtés de l’Atlantique. B. Barré, Revue des Ingénieurs mars 2008. [3] Fukushima: Nuclear response. Présentation de Sir John Beddington, Conseiller scientifique du Gouvernement Britannique - mai 2011. [4] Why Nuclear Power? Présentation de H. H. Rogner, AIEA août 2011 Bertrand Barré est Conseiller scientifique d’Areva et Professeur Emérite à l’Institut national des sciences et techniques nucléaires. Entré au CEA en 1967, il a alterné les postes scientifiques et d’en- cadrement. Il a notamment été Attaché nucléaire à Washington, directeur de l’Ingénierie à Technicatome, directeur des réacteurs nucléaires au CEA, directeur de la R&D à Cogema, et directeur de la Communication scientifique à Areva. En parallèle, Il a exercé ou exerce encore des postes de responsabilité dans les Sociétés savantes internationales et les Conseils scientifiques d’organismes français, européens et internationaux. www.bertrandbarre.com l'auteur