2.1. Le fonctionnement des centrales nucléaires et les risques associés

Le principe de génération de l’énergie nucléaire est simple : un élément radioactif fissile naturel (l’isotope 235 de l’Uranium dans les centrales de la filière Uranium) peut se scinder en deux fragments de masse atomique plus faible et en émettant deux à trois neutrons, qui a leur tour peuvent fissionner d’autres atomes : c’est le principe de la réaction en chaîne. La somme des masses atomiques des produits de fission est plus faible que celle du noyau fissile initial, et le « défaut de masse » est transformé en énergie, principalement en chaleur. Cette chaleur chauffe un fluide « caloporteur » qui va permettre de produire de la vapeur et de faire tourner des turbines qui produisent de l’électricité. Pour que ces réactions « en chaîne » puissent s’entretenir, il faut à la fois augmenter la quantité de noyaux fissiles par unité de volume (« enrichir l’uranium ») et contrôler la vitesse et la quantité de neutrons susceptibles de propager la fission (c’est le rôle respectivement du « modérateur » et des « barres de contrôle »). La variété des combustibles, des modérateurs et des fluides caloporteurs conduit à différentes « filières » qui chacune ont leurs inconvénients et leurs avantages, et chacune correspondent à des options technologiques adaptées. Pour cette raison, on ne peut pas penser séparément une filière de réacteurs et une filière de fabrication des combustibles.

La filière de très loin la plus répandue à la surface du globe est la filière dite REP (Réacteurs à Eau Pressurisée) : l’eau sert à la fois de modérateur et de caloporteur. Elle est sous pression, de façon à avoir une température de l’eau liquide aux alentours de 350 ^°C qui permet, à travers des générateurs de vapeur, de faire tourner les turbines électrogènes avec un meilleur rendement énergétique. Cette filière permet aussi de séparer le circuit primaire dont l’eau passe au cœur du réacteur, du circuit secondaire qui alimentera les turbines.

Le fantasme classiquement entretenu est qu’un réacteur nucléaire peut se transformer en bombe atomique. C’est tout simplement faux : un cœur de réacteur nucléaire de 900 MW tel que ceux que nous avons en France contient 74 tonnes d’Uranium faiblement enrichi (3%) en Uranium 235. On est très loin de la masse critique pouvant conduire à un emballement de la réaction en chaîne : un atome d’Uranium ne peut entrainer la fission que d’un atome d’uranium, pas de plusieurs (ce qui est lié au nombre d’interactions possibles des neutrons avec les atomes avant leur élimination aux surfaces). Toute la simplicité réside dans cette « économie de neutrons ». Parfois, un atome d’Uranium absorbe un neutron pour donner un atome de Plutonium, mais cela ne se produit que dans 1% des cas de collisions neutron-atome d’Uranium 235. En cas d’accident grave, on ne peut tout simplement pas « concentrer les espèces fissiles » (Uranium 235 et Plutonium) et la transformation d’une centrale nucléaire en bombe nucléaire est une pure absurdité.

Si un tel risque est impossible, il n’en reste pas moins vrai que le nucléaire est une technologie exigeante et que les accidents sont possibles. Les accidents de Windscale (UK), Tchernobyl, Fukushima ont conduit à des explosions et à des incendies, mais ce sont des causes thermochimiques et non une explosion atomique. La gravité de ces accidents se mesure en fonction de l’émission de radionucléides dans l’atmosphère. C’est pour cela que les réacteurs actuels prévoient des enceintes de confinement pour éviter la dispersion des produits radioactifs.

Le goût du sensationnel, avec une bonne dose de mauvaise foi, a conduit à afficher des nombres de morts pharamineux. Là encore, les faits sont têtus et avérés, validés par l’Agence Internationale de l’Energie (qui a un fonctionnement semblable a celui du GIEC) et par l’OMS. L’accident de Windscale au royaume uni a fait zéro mort, l’accident de Three mile Island aux USA zéro mort, l’accident de Tchernobyl en Russie 4000 morts et l’accident de Fukushima zéro mort. Comme cela ne convenait pas à l’idéologie antinucléaire dominante, on a progressivement attribué à l’accident de Fukushima les morts du Tsunami (20 000) et on a gonflé au-delà de toute vraisemblance les morts induites par irradiation.

Même en supposant valide la « loi linéaire sans seuil » d’effet de la radioactivité sur l’homme, qui attribue un nombre de morts proportionnel à la dose d’irradiation reçue, et qui est probablement une surestimation, le nombre de morts par TWh d’électricité produite reste très faible, comparé au gaz, au pétrole et au charbon (Tableau 3). Si on prend comme indicateur le nombre de maladies graves induites (voir par exemple A. Markandy, P. Wilkinson, The Lancet, (2007), 370, 9591, pp. 979–990 « electricity generation and Health ») on a des résultats tout à fait similaires.

Les déboires de l’industrie électronucléaire française ont défrayé la chronique (les problèmes de malfaçon aux forges du Creusot, des soudures sur le site de Flamanville, des ségrégations carbone, etc.). Il ne faut pas minimiser ces problèmes : ils sont le signe d’une réelle perte de compétence en France tout simplement liée au fait qu’on n’a pas construit de centrales pendant 20 ans. Aucune industrie ne sortirait indemne d’une telle cure d’austérité. Aucune industrie ne pourrait vivre avec l’évolution constante et sans justification technique des règlementations, dans la durée même d’un grand projet. Il faut sérieusement se poser la question de la viabilité industrielle d’une activité qu’on soumet à un tel traitement, la encore pour des raisons essentiellement politiques. Mais il est important de savoir qu’aucune des erreurs de fabrication n’a conduit à un véritable problème de sureté (autre que ce qu’on peut appeler la « sureté administrative »), tout simplement parce que les marges de sécurité sont confortables. Et c’est l’existence de ces marges qui conduit aussi les Etats Unis à prolonger leurs centrales au-delà de 60 ans voire 80 ans, alors que nous arrêtons les nôtres à 40 ans. Tout cela n’a absolument rien à voir avec la sûreté.

2.2. Le cycle du combustible: ressources et déchets (Figure 1)

C’est une erreur classique de disjoindre la question des réacteurs électrogènes et celle du combustible. Le choix par la France de la filière REP sous licence Westinghouse, en lieux et place de la filière graphite gaz était lié à la capacite de fabriquer de l’uranium enrichi. Et de même la filière MOX a été développée après l’abandon du surrégénérateur SUPERPHENIX, encore une fois pour des raisons politiques, afin de gérer en partie le Plutonium produit et d’optimiser l’utilisation de la matière fissile.

La compréhension de la filière électronucléaire française suppose, d’une part la prise en compte de l’ensemble du parc réacteur (ceux qui peuvent ou non accepter le combustible MOX), mais aussi les usines de fabrication du combustible, de recyclage du Plutonium dans le combustible MOX, de vitrification des déchets ultimes (Usine de La Hague). Si on arrête les réacteurs, en commençant par les plus anciens, on arrête de facto la filière de combustible MOX, sauf à faire des investissements lourds sur les réacteurs récents pour les rendre capable d’utiliser du MOX.

On entend souvent dire que le problème non résolu de l’énergie nucléaire est celui des déchets. A force de le répéter on a fini par en faire une chose admise. A part que, une fois encore, c’est inexact. Les déchets nucléaires sont caractérisés par leur radioactivité et leur temps de vie (c’est-à-dire le temps caractéristique pour transmuter la moitié des atomes radioactifs). Les matériaux fortement radioactifs ont un temps de vie court, les matériaux plus faiblement radioactifs ont un temps de vie long.

La Figure 2 donne la proportion des différents types de déchets après l’utilisation de 1 tonne de combustible (dire de quel combustible, U02, enrichi à 3%) pendant 3 ans. Les éléments vraiment problématiques dans la durée sont les actinides (Plutonium et Actinides mineurs).

Le problème des déchets revient à les confiner efficacement de telle façon qu’ils ne puissent être en contact avec l’être humain avant d’avoir considérablement décru leur radioactivité. Avant de traiter les combustibles usés, qui sont encore « chauds », on les entrepose (par exemple à l’usine de La Hague, ou à Marcoule) pendant quelques dizaines d’années. Ensuite on les « traite » pour en faire des déchets « stockables » sur des durées beaucoup plus longues, de quelques centaines à quelques dizaines de milliers d’années. La solution technique existe : elle consiste à vitrifier les déchets, les colis de déchets ainsi vitrifiés confinant sans problème les produits de fission qui ont une demi-vie de quelques centaines d’années. Les actinides (Plutonium, Américium, Neptunium, Curium … produits par l’absorption de neutrons par les noyaux d’Uranium) peuvent être vitrifiés ou séparés pour reyclage, ils ont une vie plus longue (de l’ordre de la centaine de milliers d’années). Cette durée correspond à 20 fois la durée de la plus vieille civilisation humaine sur terre. Il est donc difficile de penser à une structure d’ingénierie dont on puisse garantir l’intégrité sur de telles durées. C’est pour cela qu’on s’en remet à la géologie dans des zones non sismiques, pour assurer le confinement.

Le site de Bures en Meuse-Haute Marne, dans le bassin de Paris, avec sa couverture en argile (« callo-oxfordien ») a été sélectionné pour le stockage géologique profond. Pour être libérés de leur « prison » de verre, les actinides doivent tout d’abord diffuser hors du verre, mais surtout quand ils entrent dans la zone argileuse, ils précipitent c’est-à-dire qu’ils sont piégés en petits agrégats, ou se « collent » par sorption sur les argiles. Leur migration est alors très lente de telle sorte que le temps nécessaire pour qu’ils « sortent de leur piège », c’est-à-dire de la formation argileuse, est tel que la radioactivité est tombée en dessous de la sa valeur « naturelle » (Figure 3).

Du point de vue de la santé publique, il est faux de dire que le problème des déchets est non résolu. Du point de vue de l’économie, il est faux de dire qu’il est exorbitant. Pour un volume de déchets HAVL (haute activité, vie longue) correspondant à un parc de 58 centrales sur 40 ans, le coût du stockage des déchets est de quelques centimes d’Euros par MWh.

Reste que le déchet principal est le Plutonium. Il constitue à lui seul 90% de la radioactivité des déchets à vie longue. Et les centrales nucléaires « classiques » ne cessent d’en générer. Il existe une solution à ce problème permettant de « stabiliser l’inventaire Plutonium » : ce sont les réacteurs à neutrons rapides. Ils conduisent à « fermer le cycle du combustible » en brûlant du Plutonium (qui de déchet devient ressource) avec de l’Uranium appauvri qui est autrement inutilisable. Le Plutonium produit est brûlé avec l’Uranium appauvri et est régénéré dans le processus. Les réserves de combustibles sont ainsi multipliées par 1000, ce qui est important en termes de sécurité d’approvisionnement. Le volume des déchets est divisé par 10, ce qui est important pour la gestion de l’aval du cycle. La nécessité de disposer de neutrons « rapides » (à haute énergie) pour les réacteurs à neutrons rapides impose de renoncer à l’eau comme fluide caloporteur et a conduit à utiliser le sodium liquide, ce qui n’est pas une technologie facile (notamment en terme de contrôle non destructif des équipements), mais qui est à un degré de maturité avancé (les Russes ont deux tels réacteurs, les Chinois ont lancé le leur en même temps que nous arrêtions le nôtre, Superphénix en 1998).

La France avait une avance technologique claire sur ce sujet, reconnue au niveau international, avance qui a été sabordée par deux fois, par l’arrêt de Superphénix en 1998, et par l’arrêt du programme Astrid en 2018. Là encore, la raison est purement politique. Celle qui est officiellement avancée est que les réacteurs à neutrons rapides sont plus chers et ne seront rentables que si le prix de l’Uranium est multiplié par trois. Ce calcul fait abstraction des coûts de stockage du Plutonium et de l’Uranium appauvri qui demandera de développer des sites de stockage beaucoup plus importants. Ce choix fait aussi l’impasse sur la raréfaction de l’Uranium que le développement du parc chinois laisse prévoir. La raison qui n’est pas avouable est la volonté de sortir à terme du nucléaire en limitant la ressource et en multipliant les déchets. Cela sans avoir aucune certitude que l’on pourra se passer du nucléaire.

Nous nous sommes focalisés dans cette section sur le cycle basé sur l’Uranium, qui est celui qui a été développé en France et de par le monde. Il existe d’autres cycles, basés sur le Thorium, qui ne sont pas à ce degré de maturité, mais qui présentent des avantages potentiels, méritant qu’on s’y intéresse à titre exploratoire.

2.3. Le démantèlement des centrales

Un autre aspect du nucléaire répété ad nauseam est l’incapacité où nous serions de démanteler les installations nucléaires en fin de vie. Là encore cette assertion est tout simplement fausse. Fin 2013, il y avait de par le monde 149 réacteurs nucléaires définitivement arrêtés, 119 en cours de démantèlement, 6 dont le démantèlement était achevé avec « retour au vert » (c’est-à-dire au niveau de radioactivité naturelle du sol). En France, le réacteur de Brennilis (de la filière eau-lourde) n’a toujours pas achevé son démantèlement, mais pour des raisons juridiques et un acharnement procédurier des associations antinucléaires qui n’a rien à voir avec la technique. Par contre, le réacteur de Superphénix a pu être démantelé sans problème entre 1998 et 2010. Et le démantèlement des réacteurs d’étude de Grenoble a pu être mené à bien sans encombre, en une dizaine d’années.

La question du démantèlement doit être déclinée suivant trois cas. Le démantèlement des installations « standard » (généralement des centrales électrogènes) qui ne pose aucun problème technique sérieux (hormis peut être la gestion du graphite dans les anciennes centrales graphite-gaz) et nécessite surtout de la rigueur et de la méthode. Le démantèlement des installations « uniques » (généralement des équipements de recherche) qui nécessite des solutions au coup par coup, coûteuses et demandant des innovations techniques. Le démantèlement des installations en situations accidentelles (Tchernobyl, Fukushima) pour lesquelles nous n’avons, à ce jour, que des solutions de confinement et non de démantèlement.

Un autre mythe entretenu est que le démantèlement créerait des emplois. Cela relève de la naïveté ou du mensonge que de penser qu’on va créer des emplois avec une activité de démantèlement qui emploie pour des durées au moins deux fois moindres, dix fois moins de personnes que celles qui travaillent pour faire fonctionner une centrale. Quant à penser que cette compétence de démantèlement se vendra à l’exportation, cela revient à supposer que ceux de nos concurrents industriels qui ont construit les centrales seront moins capables que nous de les démanteler !

Les conclusions intermédiaires de cet article, consécutives à ce rappel des faits, sont les suivantes. L’énergie nucléaire fournit une électricité essentiellement décarbonée, et pilotable. Cette électricité est sûre du point de vue de la santé publique comme en témoigne le nombre de morts par TWh produits. Les déchets qu’elle génère sont maitrisés et les technologies pour les traiter sont opérationnelles. Le stockage géologique profond permet de gérer le problème des déchets à vie longue. Le démantèlement des centrales nucléaires en fin de vie n’est pas un problème technique, c’est un problème de règlementation.