Territoire Urbanisme
Retour Energie
Economies d'énergie
Cogénération
Chaleur
Solaire thermique
Biomasse
Hydraulique
Mer océan
Gaz
Les réacteurs nucléaires de génération IV arriveront trop tard pour empêcher le déclin de l'énergie nucléaire, dû à la baisse prochaine de la production d'uranium. Douze tonnes de plutonium sont nécessaires pour démarrer un réacteur de quatrième génération.
Malgré les immenses réserves et les fabuleuses ressources annoncées, la production d'uranium va passer par un maximum avant de diminuer. Cette forme fissile de l'énergie connaîtra donc la même évolution que ses formes fossiles (pétrole, gaz, charbon).
La production annuelle des mines d'uranium pourra encore augmenter pendant quinze ou vingt ans, mais la disparition des gisements les plus riches en uranium et les plus accessibles rendra plus difficile l'extraction minière. La plus grande partie de l'uranium recensé ne sera jamais extraite, à cause d'une teneur trop faible en uranium dans le minerai ou de trop grandes difficultés techniques. L'extraction de l'uranium se heurtera à une double limite :
- énergétique, avec une consommation d'énergie trop importante en regard de l'énergie finale obtenue, pour l'ensemble du cycle du combustible nucléaire,
- financière, les investissements devenant trop importants et sans réelle garantie de rentabilité malgré un prix élevé de l'uranium.
Une fois passé le "peak uranium" vers 2025, avec une production de 70.000 tonnes, la production serait limitée à 34.000 tonnes d'uranium en 2050 avant de diminuer encore.
La production d'uranium dans le monde a été de 36.010 tonnes en 2000 - 37.020 t en 2001 - 36.050 t en 2002 - 35.490 t en 2003 - 40.260 t en 2004 - 41.700 t en 2005 - 39.430 t en 2006. Ne pas confondre ces valeurs avec d'autres statistiques, portant sur l'oxyde d'uranium U3O8 (yellow cake) et dont les chiffres sont plus importants puisque un kilogramme d'oxyde U3O8 correspond à seulement 848 grammes d'uranium.
Puissance nucléaire installée et besoins en uranium
| Variante basse AIEA | Variante haute AIEA | |||
| Puissance installée (GWe) | Besoin uranium (tonnes) | Puissance installée (GWe) | Besoin uranium (tonnes) | |
| 2006 | 370 | 67 340 | 370 | 67 340 |
| 2010 | 378 | 68 796 | 385 | 70 070 |
| 2015 | 400 | 72 800 | 450 | 81 900 |
| 2020 | 425 | 77 350 | 525 | 95 550 |
| 2025 | 435 | 79 170 | 605 | 110 110 |
| 2030 | 447 | 81 354 | 690 | 125 580 |
| tonnes U | 2015 | 2020 | 2025 | 2030 | 2035 | 2040 | 2045 | 2050 |
| probable | 62 000 | 69 000 | 70 000 | 67 000 | 59 000 | 50 000 | 42 000 | 34 000 |
| hypothétique | 62 000 | 71 000 | 78 000 | 82 000 | 82 000 | 80 000 | 75 000 | 67 000 |
| GWe | 2015 | 2020 | 2025 | 2030 | 2035 | 2040 | 2045 | 2050 |
| probable | 341 | 379 | 385 | 368 | 324 | 275 | 231 | 187 |
| hypothétique | 341 | 390 | 429 | 451 | 451 | 440 | 412 | 368 |
Malgré toutes ces améliorations, la production mondiale d'électricité d'origine nucléaire atteindrait un maximum de 3.000 TWh (térawatts-heures) en 2025 contre 2.625 TWh en 2005 (15,5 % de l'électricité) selon l'évaluation la plus probable et 3.500 TWh en 2030 dans une hypothèse peu réaliste.
Les premiers réacteurs de quatrième génération disponibles, étudiés depuis des dizaines d'années, seront des réacteurs à neutrons rapides utilisant du sodium liquide comme caloporteur (RNR-Na), malgré le danger présenté par le sodium qui s'enflamme au contact de l'air et explose au contact de l'eau.
Plusieurs étapes sont nécessaires avant d'arriver en 2040-2050 au début de la production en série et du déploiement commercial de ces réacteurs. Un démonstrateur (unité pilote) de faible puissance sera d'abord réalisé pour vérifier les travaux théoriques, les hypothèses, le comportement des matières et des matériaux utilisés ...
Après plusieurs années d'expérimentation, un prototype industriel pourra être construit, d'une puissance plus importante, pour de nouvelles expérimentation à plus grande échelle et pour valider ou non les hypothèses commerciales et financières.
Dans le même temps, le retraitement du combustible irradié devra être étudié, afin d'en extraire : le plutonium qui servira à produire un nouveau combustible, les actinides qui seront en partie détruits dans des réactions spécifiques, les produits de fission qui sont des déchets radioactifs dont la période (demi-vie, durée nécessaire à la désintégration de la moitié des atomes radioactifs) est de plusieurs années à plusieurs milliers d'années.
Dans un réacteur à neutrons rapides (RNR), la quantité de plutonium obtenue à la fin du cycle peut être inférieure (sous-générateur), identique (isogénérateur) ou supérieure (surgénérateur) à la quantité chargée dans le réacteur en début de cycle. Mais il ne faut pas croire que le réacteur consomme de l'uranium comme le ferait la chaudière d'une locomotive à vapeur dans laquelle on enfournait des pelletées de charbon.
Le plutonium initial est consommé et transformé en divers produits de fission et en actinides mineurs. Le plutonium n'est pas régénéré dans le combustible, mais c'est un autre plutonium qui est généré à partir de l'uranium fertile qui se trouve dans d'autres gaines, celles des couvertures fertiles placées autour des gaines de combustible. Aussi bien les gaines de combustible que celle de produits fertiles doivent être retraitées.
Le plutonium produit dans le réacteur doit être extrait au cours d'une opération de retraitement, comme c'est le cas actuellement dans quelques pays pour extraire le plutonium du combustible usé des réacteurs de troisième génération. Dans les réacteurs actuels, la quantité de plutonium dans le combustible usé est en moyenne de un pour cent, soit dix kilogrammes pour chaque tonne de combustible irradié retiré du réacteur.
Les réacteurs de 4e génération ne peuvent fonctionner sans une multiplication du nombre des usines de retraitement du combustible nucléaire, comme celle qui existe en France à La Hague. Pour certains modèles de réacteurs, ceux à sels fondus, l'unité de retraitement doit être intégrée au réacteur lui-même.
Soit il faudra construire une usine de retraitement du combustible irradié à côté de chaque centrale nucléaire, soit il faudra construire plusieurs usines comparables en taille à celle de La Hague en Normandie. Le plutonium est un produit des plus dangereux par sa toxicité chimique et par sa radioactivité. Cela pose de sérieux problèmes de sécurité lors des nombreux transports de plutonium, actuels et futurs.
Pour son démarrage, chaque réacteur à neutrons rapides d'un GWe de puissance a besoin de douze tonnes de plutonium (de 10 à 15 t selon d'autres modèles).
Chaque année, pour une puissance installée de 63 GWe (gigawatts), la France retire 1.150 tonnes de combustible usé de ses réacteurs, contenant 11,5 tonnes de plutonium. Une partie seulement (850 tonnes) du combustible usé est retraitée à La Hague pour en extraire le plutonium (8,5 t) qui est ensuite mélangé avec de l'uranium lors de la fabrication du MOX. Celui-ci n'est donc pas disponible pour un autre usage.
Utiliser tout le plutonium produit en France pour fabriquer le combustible des réacteurs de quatrième génération implique de ne plus l'utiliser pour la fabrication du combustible MOX et entraîne donc une consommation accrue d'uranium dans les réacteurs actuels pour une même quantité d'électricité produite.
Un seul réacteur de 4e génération de 1.000 MWe pourrait démarrer chaque année en France, à condition de retraiter tout le combustible déchargé des réacteurs français. Cela ferait à peine six réacteurs par an dans le monde, à condition que des usines de retraitement du combustible nucléaire soient construites en quantité suffisante.
Si les réacteurs de 4e génération sont utilisés comme surgénérateurs, le temps nécessaire pour produire autant de plutonium en excès que celui utilisé est estimé à une trente ou quarante ans selon les modes d'utilisation (temps de doublement). Ainsi, dans le cas le plus favorable, un réacteur surgénérateur mettra trente ans pour produire le plutonium nécessaire au démarrage d'un second réacteur.
A partir de 2025 ou 2035 selon le cas, le nombre de réacteurs en fonctionnement sera en diminution à cause du manque d'uranium. Entre 2040 et 2050 comme on l'a vu, la puissance nucléaire installée passerait de 275 à 187 GWe (-88 GWe) dans le cas le plus probable et de 440 à 368 GWe (-72 GWe) dans le cas le plus hypothétique, comparé à 370 GWe en 2006 pour le monde entier.
Dans la même période de dix ans, la puissance installée en réacteurs de 4e génération serait d'une soixantaine de gigawatts (60 GWe). Le plus grand nombre de réacteurs pouvant être mis en place dans les décennies suivantes, à partir du plutonium produit par les surgénérateurs (doublement en 30 ou 40 ans) ne compenserait pas le déclin devenu plus rapide des réacteurs des générations actuelles.
Mais les réacteurs de quatrième génération ne seront sans doute jamais construits en quantité pour un usage commercial et la production d'énergie. Quelques réacteurs pourront être utilisés en sous-générateurs, dont l'objectif ne sera pas de produire de l'énergie mais de détruire du plutonium et des actinides.
L'énergie nucléaire n'aura plus aucune raison d'être utilisée car l'électricité produite à partir des énergies renouvelables sera devenue abondante et plus économique que celle d'origine nucléaire.
Quelques réacteurs utilisent à la fois des assemblages de combustible ordinaire UOX (oxyde d'uranium) et de combustible MOX, dans lequel les oxydes d'uranium et de plutonium sont mélangés.
Lors de son passage dans un réacteur, le combustible nucléaire est irradié par les neutrons et donne naissance à différents produits qui peuvent se transformer lors de réactions successives.
L'uranium 235 est détruit par fission. L'uranium 238 peut se transformer en uranium 239 (239U) s'il capture un neutron, puis se transformer par rayonnement en neptunium 239 (239Np), puis en plutonium 239 (239Pu), lequel peut à son tour capturer des neutrons pour se transformer en d'autres isotopes du plutonium : 240Pu, 241Pu, 242Pu.
Seuls les isotopes impairs du plutonium sont fissiles dans les réacteurs à neutrons thermiques, soit 70% du plutonium présent dans le combustible usé.
Les modèles de réacteurs étudiés sont :
Les informations utilisées proviennent de l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA / IAEA) et des exposés publiés lors de séminaires, congrés ou débats organisés par les professionnels du nucléaire, de l'industrie minière ou de la recherche.
On peut aussi consulter les documents suivants :
Uranium resources and nuclear energy du Energy Watch Group
Le plutonium de La France nucléaire
Uranium enrichment calculator du WISE Uranium Project
|
|
|
![[]](http://m3.moostik.net/img/?pseudo=futura&cpt=nucle_gen4&data=site&option=invisible)