Des réacteurs nucléaires de "Générations IV"

Dans le cadre de notre dossier sur le nucléaire, paru dans notre numéro 60 couvrant la période juillet août 2007, nous n'avions pas pu, pour des raisons de délais, faire paraître l'interview de Jacques Bouchard, Président du Forum International "Génération IV ". En effet, Jacques Bouchard était en déplacement aux Etats-Unis dans le cadre de ses fonctions et ne pouvait pas répondre immédiatement à nos questions. Toutefois, son expérience et sa notoriété dans le domaine du nucléaire et notamment de la nouvelle génération de réacteurs, font que nous ne pouvions pas priver nos lecteurs de son éminente intervention. C'est pour cette raison que nous avons décidé de prolonger, dans notre numéro 61, par cette partie vivante et essentielle pour la bonne compréhension de ce qui va conditionner l'avenir des réacteurs de
4e génération. Laissons maintenant la place à l'interview de Jacques Bouchard.

Propos recueillis par Dominique Thibault

ASI : A l'occasion du congrès mondial ICAPP qui s'est tenu à Nice du 14 au 16 mai dernier, la communauté des scientifiques et experts internationaux a révélé une forte volonté de coopération sur le lancement de réacteurs à neutrons rapides de 4ème génération, qui apparaissent comme les plus porteurs pour répondre aux besoins du marché international. Quels sont les objectifs prioritaires que le Forum International " Génération IV " s'est fixé depuis son lancement en 2000 ?
J Bouchard : L'initiative "Génération IV" née en 2000 est le fruit d'une réflexion des Américains notamment sous l'égide du Congrès, lequel, face à la nécessité de trouver des ressources énergétiques propres et durables à l'échelle mondiale pour résoudre la double problématique du réchauffement climatique et de l'épuisement des énergies fossiles, a décidé de privilégier la filière nucléaire. 1/3 de la consommation énergétique mondiale dépend actuellement du seul pétrole, dépendance qui atteint plus de 90% dans le secteur des transports. Première source d'électricité en Europe et 3ème dans le Monde, le nucléaire représente 6,3 % de l'énergie primaire mondiale. Il apparaît comme l'un des principaux moyens pour répondre à ces enjeux prioritaires "diminution de l'effet de serre et augmentation des ressources énergétiques ". Le nucléaire devrait représenter 15 % de la production mondiale d'énergie en 2050, ce qui implique de quintupler le parc nucléaire mondial dans les prochaines décennies. Le développement de nouveaux systèmes de production nucléaire doit suivre trois axes majeurs : l'utilisation efficace et complète des ressources naturelles, la minimisation des déchets et une sécurité optimale des installations pour faire face aux risques sociétaux (prolifération, terrorisme, …). L'uranium naturel est abondant sur terre, mais seule une faible portion peut être récupérée à des coûts intéressants. Or, avec les réacteurs actuels, on n'utilise que 1% de l'uranium extrait des mines, d'où la nécessité de faire appel aux réacteurs à neutrons rapides qui produisent 50 fois plus d'énergie avec les mêmes ressources. Le problème de la réduction des déchets est un défi majeur et complexe à relever. Car certaines matières, le plutonium, l'uranium sont recyclables, d'autres, les actinides mineurs (américium, curium et neptunium) sont plus difficiles à recycler. Là encore, seuls les réacteurs à neutrons rapides sont capables aujourd'hui de brûler tout type de combustible et donc en passe de résoudre radicalement le problème des déchets à long terme. Enfin, la réflexion a porté sur le développement de vecteurs énergétiques intermédiaires, tel l'hydrogène et l'utilisation de carburants naturels diversifiés pour une sécurité d'approvisionnement renforcée. D'où la décision de " Génération IV " de retenir 6 filières répondant à ces critères. Parmi les 13 pays membres du Forum " Génération IV ", à savoir l'Afrique du Sud, l'Argentine, le Brésil, le Canada, la Corée du Sud, les Etats-Unis, les Etats Européens du traité Euratom, la France, le Japon, le Royaume-Uni et la Suisse ainsi que depuis le 30 Novembre 2006, la Chine et la Russie, 10 sont actifs, notamment les Etats-Unis, le Japon et la France.

ASI : Comment s'effectue concrètement ce travail collaboratif en R & D dans des
domaines aussi sensibles ? Problématique du secret Défense et de la propriété intellectuelle de chaque pays ? Grandes étapes de ces avancées scientifiques et accords signés à ce jour entre partenaires? Quote-part financière de chaque pays
pour développer ces projets en synergie ?
J Bouchard : En amont, 3 années ont été consacrées à la mise en place de ce Forum international au plan juridique, scientifique, technologique et financier. Ils ont abouti à 3 niveaux d'accords intergouvernementaux ratifiés par 9 pays actuellement. Ces accords couvrent notamment la protection des propriétés intellectuelles entre les différents organismes intéressés par la mise en place de ces systèmes. Par exemple, 7 pays ont déjà signé un accord pour œuvrer ensemble autour du développement des réacteurs rapides à caloporteur sodium. Tous les projets de R & D sont soumis, comme vous pouvez l'imaginer, à des critères précis de sélection des candidats et à des clauses de protection renforcées. Par prudence néanmoins, les partenariats technologiques instaurés évitent tous travaux sur l'enrichissement de l'uranium et
reposent essentiellement sur des partages d'informations scientifiques visant à affiner des systèmes existants pour les rendre plus compétitifs. Une traçabilité constante des échanges est validée; ce qui permettra à la finalisation des travaux d'établir l'implication réelle et le rôle de chacun par filière et par projet. Il nous sera ensuite possible d'évaluer financièrement la quote-part de chacun de façon à pouvoir attribuer de façon juste les droits de licence accordés aux pays membres du Forum, tenus pour le moment de prendre à leur charge la R& D. Nos frais communs de fonctionnement sont donc plutôt limités, en dehors de dépenses administratives courantes dont le secrétariat technique est assuré par l'OCDE (Organisation de Coopération et de Dévelop-pement Economique). Par contre, les budgets de R&D des membres du forum pour les développements de la 4ème génération sont déjà levés et à titre indicatif, la réalisation d'un prototype de réacteur de 4ème génération (de sa phase conceptuelle en amont à sa construction en aval) est estimée à 2 milliards de dollars, une autre dimension qui nous donne la pleine mesure des prochains enjeux !

ASI : En 2002, le forum a sélectionné 6 filières pouvant atteindre ces objectifs : le réacteur rapide à caloporteur gaz (RNR-G) -hélium principalement, le réacteur rapide à caloporteur sodium (RNR-Na), le réacteur rapide à caloporteur plomb (RNR-pb), le réacteur à eau supercritique (RESC), le réacteur à très haute température (RTHT) et le réacteur à sels fondus (RSF). Sous l'égide du CEA, il semblerait que 2 filières soient privilégiées : le RNR-Na (Japon, France, Inde …) et le RNR-G. Pour quelles
raisons ? Quels sont les atouts et inconvénients des différents
réacteurs ?
J Bouchard : Sur les 6 modèles initiaux, 4 ont été retenus prioritairement aujourd'hui: 3 reposant sur la technologie des Réacteurs à Neutrons Rapides et un sur celle du réacteur RTHT (non régénérateur), l'avancée technologique des deux autres étant actuellement ralentie pour diverses raisons. Le développement du réacteur rapide à caloporteur plomb (RNR-pb), a été volontairement retardé pour permettre aux Russes, qui sont les seuls à bien maîtriser cette technologie, de se joindre au programme. Ce qui s'est fait récemment. L'autre filière un peu en retrait est celle des sels fondus (RSF) régénérateurs associés au cycle du thorium. Si le procédé est chimiquement attractif et le concept prometteur (production plus faible de déchets grâce au combustible liquide), ses effets corrosifs sont tels qu'ils obligent les chercheurs à réfléchir à des dispositifs complexes pour résoudre ce problème avant de songer à la moindre phase expérimentale. Parmi les partenaires, la France privilégie 3 filières : le RNR-Na caloporteur au sodium, le réacteur à très haute température (RTHT) et le RNR-G à caloporteur gaz. Autre exemple, le Canada privilégie de son côté le RESC à eau supercritique.

ASI : Le congrès ICAPP a fait apparaître une nette préférence des partenaires pour la solution RNR-Na jugée par les différents acteurs plus compétitive (réduction de 25% des coûts annoncés par l'Inde sur le réacteur FBTR), plus performante (bonne tenue des pompes à sodium) et plus sûre (possibilité aujourd'hui de réduire la réaction du sodium à l'eau et donc de minimiser les risques d'accidents). Confirmez-vous d'ores et déjà cette orientation stratégique en vue d'une harmonisation mondiale ?
J Bouchard : Les chiffres énoncés par l'Inde doivent être considérés comme un objectif à atteindre et non comme une vérité absolue impossible à estimer aujourd'hui dans la mesure où aucun prototype nouvelle génération n'a pu encore prouver ses performances. Il s'agit d'une simple projection. Les premiers prototypes génération IV ne verront le jour qu'à l'horizon 2020-2025. Le véritable enjeu aujourd'hui est lié pour chacun des acteurs de cette filière à la réduction des déchets. La France, conformément aux directives de la loi du 28 juin 2006, a commencé, sous l'impulsion du CEA à préparer un prototype qui permettra de qualifier la solution pour brûler les actinides. Depuis l'accident survenu en 1995 sur son surgénérateur de Monju (inflammation du sodium liquide au contact de l'air), le Japon, prudent, multiplie les tests expérimentaux et renforce sa sécurité pour un redémarrage en 2008. On parviendra à une harmonisation mondiale à laquelle nous aspirons tous une fois que les problèmes critiques seront résolus par filière progressivement.

ASI : Les Etats-Unis, à l'initiative du Forum Génération IV, ont tendance à multiplier les licences de prolongation (de 40 à 60 ans) sur un parc plus ancien que celui de la France. Dans quel but ? Une meilleure planification à long terme des besoins énergétiques? Autre raison ? Quelle est la position de la France sur ce point ?
J Bouchard : Lorsque le prototype industriel français Superphénix a été arrêté en 1998 sous la pression des militants écologistes, ce surgénérateur commençait à démontrer sa rentabilité et sa capacité notamment à limiter à hauteur de 30% environ, le surcoût par rapport aux réacteurs à eau. La génération IV vise encore plus loin : prouver que, plus performants technologiquement que les réacteurs de la 3ème génération, ils peuvent être également aussi compétitifs en termes de coûts. Par ailleurs, la prolongation de la durée de vie des réacteurs existants est économiquement très intéressante mais tout de même limitée par des effets d'obsolescence notamment vis-à-vis de l'évolution des règles en matière de sûreté. La France a un parc actuel de 58 réacteurs, dont la durée de vie devrait être portée à 40 ou 50 ans et qui seront remplacés par des réacteurs de 3ème ou 4ème génération d'une durée de vie de 60 ans. Des politiques similaires ont été adoptées aux USA et au Japon, qui gèrent respectivement des parcs de 103 et 55
réacteurs.

ASI : Comment devrait s'opérer dans le même esprit le relais entre les réacteurs à eau pressurisée optimisés de 3ème génération dits EPR (European Pressurized Reactor) et ceux de la génération IV ? Avantages et Inconvénients de la 3ème génération par rapport à la 4ème ? Répartition et bilan actuel du parc nucléaire français? Combien d'EPR devraient voir le jour en Europe d'ici 2015 (outre ceux d'Olkiluoto en Finlande et de Flamanville en France) ? Quelle puissance globale peut générer un EPR et sa contribution à la consommation globale de l'électricité en France ?
J Bouchard : L'offre industrielle de réacteurs de 3ème génération est assez large et comprend en particulier l'EPR. A l'horizon 2020, les premières centrales françaises de la génération actuelle atteindront 40 ans (durée de vie minimale pour laquelle elles ont été conçues). Elles pourraient progressivement être mises à l'arrêt. Cependant, au travers d'actions d'ingénierie et de maintenance importantes, leur exploitation peut être prolongée en toute sûreté. Malgré cela, l'arrêt de certaines d'entre elles ne peut être exclu. EDF souhaite être en mesure de les remplacer par une flotte nucléaire renouvelée. Dans le but de disposer, à cette échéance, d'un type de réacteur techniquement éprouvé, répondant aux exigences de l'Autorité de Sûreté, d'une organisation industrielle opérationnelle, ainsi que d'une expérience d'exploitation suffisante sur ce modèle, l'électricien français a engagé, en 2007, le processus de construction de la tête de série d'un réacteur de 3ème génération à Flamanville, le réacteur EPR, dont la mise en service est prévue en 2012. De conception " évolutionnaire ", l'EPR, développé par Framatome-ANP, a une capacité de 1600 MW, et permettra d'alimenter quelques 1,5 millions de personnes en électricité. Il présente des performances accrues par rapport à la génération actuelle, issues d'un retour d'expérience des réacteurs allemands et français. Pour la suite, on peut imaginer que la moitié au moins du parc sera remplacé par des réacteurs de 3ème génération mis en service entre 2020 et 2040, puis que le reste sera complété par des systèmes de 4ème génération. Une transition similaire entre 3ème et 4ème générations au plan mondial conduirait à un nombre d'environ 1000 réacteurs pour la 3ème génération.

ASI : Des réacteurs type Jules Horowitz, futur réacteur d'irradiation construit sur le Centre CEA de Cadarache pour l'étude et les tests de sûreté des matériaux de structure et combustibles nucléaires visant à analyser les performances des réacteurs de toutes les filières verront-ils le jour ailleurs ? La France gardera-t-elle le leadership en R & D dans ce secteur spécifique ?
J Bouchard : Le réacteur Jules Horowitz (RJH), qui se veut un réacteur de recherche pour les centrales nucléaires et de production de radioéléments pour la médecine, peut accueillir une vingtaine d'expériences simultanées, en reproduisant les conditions d'environnement spécifiques des différentes filières et générations. Il succèdera ainsi aux réacteurs " Material Testing Reactor (MTR)" tels que OSIRIS (France), HFR (Hollande), BR2 (Belgique), Halden (Norvège), réacteurs qui ont divergé dans les années 60 et qui seront progressivement mis à l'arrêt à partir de la prochaine décennie. Un réacteur de performances voisines fonctionne dans l'Idaho aux Etats-Unis, depuis plus de 10 ans. Le Japon envisage de rénover le sien, le réacteur de recherche JMTR qui a démontré son utilité. Le RJH représente une infrastructure majeure de l'Espace Européen de la Recherche. Il est nécessaire de disposer en Europe d'un nouveau réacteur de haute performance en réseau avec d'autres installations européennes. Cela répond au besoin d'une industrie nucléaire internationale, mature et aux défis scientifiques et technologiques posés dans les prochaines décennies en termes de vieillissement des matériaux de structure des centrales, de l'optimisation de la génération III, d'innovation pour la génération IV. Est-ce que la France gardera son leadership dans ce domaine ? Il est bien trop tôt pour le dire, mais elle le peut et nous le souhaitons.

ASI : Pensez-vous que la France, leader mondial dans le nucléaire, devrait envisager un moratoire sur le démantèlement de SUPERPHENIX, expérience unique au monde afin de préserver son avancée technologique dans ce secteur ?
J Bouchard : Ce réacteur a été mis à l'arrêt définitif et une remise en marche serait plus coûteuse qu'utile. Cependant, nous bénéficions pour la génération IV de son expérience scientifique, de l'importante R & D qu'il a engendrée, et des données économiques de son extrapolation faite dans le projet EFR !
ASI : En 2050, 10 milliards de terriens consommeront près de 20 Gtep* d'énergie. Le Nucléaire apparaît-il véritablement comme LA REPONSE aujourd'hui en complément de solutions alternatives apportées par les Energies Nouvelles Renouvelables et lutter contre l'effet de serre ? Part globale du nucléaire dans la production électrique en France et en Europe, pourrait-on envisager de s'en passer ?
J Bouchard : La croissance des besoins en énergie va-t-elle encore se poursuivre longtemps ? Les prédictions des instituts spécialisés la maintiennent pour quelques décennies. Deux raisons à cela, une croissance de la population mondiale qui semble inéluctable, principalement liée à l'allongement de la durée de vie et une augmentation de la consommation moyenne par habitant dans les pays en développement. Avec des prévisions entre 9 et 10 milliards d'êtres humains en 2050, la consommation globale serait au moins deux fois supérieure aux valeurs actuelles. Du fait de problèmes liés au réchauffement de la planète et à la raréfaction des ressources naturelles, il reste les renouvelables et le nucléaire pour faire face à la forte croissance de la demande. Parmi les énergies renouvelables l'hydraulique, largement dominant aujourd'hui, restera limité par le potentiel de sites exploitables à distance raisonnable des lieux de consommation d'électricité. Les autres sources, géothermie, biomasse, énergie solaire, énergie du vent ou des marées, doivent être développées mais auront un apport limité par leur coût et leur mise en œuvre. Dans cette situation, le nucléaire présente un certain nombre d'atouts : il n'émet pas de gaz carbonique et ne contribue donc pas à l'accroissement de l'effet de serre; il est en mesure de stabiliser la situation géopolitique en apportant une sécurité d'approvisionnement; c'est une source d'énergie compétitive et qui présente un bilan de sécurité satisfaisant, toujours en amélioration; enfin, il ouvre de nouvelles perspectives, en particulier, pour une production massive d'hydrogène à partir de l'eau. Aujourd'hui, dans le monde, 440 réacteurs assurent la production d'environ 17% de l'électricité, soit 6% de la consommation d'énergie primaire. C'est évidemment très différent d'un pays à l'autre, la France venant en deuxième position, derrière les Etats-Unis, pour l'importance du parc, avec 59 réacteurs, mais loin en tête pour la part de production d'électricité qui dépasse 80%.

ASI : Quelles méthodologies sont préconisées actuellement au plan international pour augmenter la part de sécurité et résoudre le problème de la diminution des déchets nucléaires (stockage en profondeur, entreposage, séparation transmutation des actinides mineurs, etc.) depuis la loi du 28 juin 2006 ?
J Bouchard : Dans l'hypothèse d'une croissance importante du parc nucléaire mondial, ce sont ces systèmes de troisième génération qui doivent répondre aux besoins des trois prochaines décennies, ce qui représente un marché qui pourrait atteindre le millier de réacteurs. Reste toutefois à convaincre une opinion publique qui est encore souvent hésitante, parfois récalcitrante, notamment dans un certain nombre de pays européens. Le devenir des déchets nucléaires a été considéré comme l'obstacle majeur, porté par certains au rang de catastrophe écologique ! Il faut toujours rappeler que les déchets provenant des centrales nucléaires ne comportent qu'un faible volume de produits hautement radioactifs. Le reste est traité industriellement et stocké définitivement dans des sites de surface surveillés pour deux ou trois siècles, actuellement celui de Soulaines dans l'Aube. Les déchets de haute activité sont entreposés sur le site des usines de retraitement, en l'attente de décisions sur leur sort définitif. Ces déchets, pour la production d'électricité française pendant plus de vingt ans, sont regroupés dans un bâtiment de quelques milliers de mètres cubes sur le site de La Hague. Nul n'en souffre et leur conditionnement permet d'attendre plusieurs décennies, voire plusieurs siècles si nécessaire pour décider de la suite… Pas tout à fait la catastrophe annoncée ! S'agissant plus d'un phénomène de société que d'un véritable problème technique, c'est le législateur qui est conduit à prendre les décisions et il faut saluer le courage et l'efficacité du parlement français qui a récemment adopté une nouvelle loi encadrant clairement les travaux à mener dans les vingt prochaines années et fixant les modalités de leur réalisation. La loi " Bataille " de 1991 avait fixé un programme de recherches qui a été conduit à son terme et, après un large débat public, la nouvelle loi votée en juin de l'année dernière en tire les conclusions, en particulier la nécessité d'un stockage géologique profond qui doit être opérationnel en 2025 et la poursuite des développements permettant de réduire encore la quantité et la nocivité des déchets dans le cadre des études de systèmes de quatrième génération. Un laboratoire d'études préalables à la définition d'un stockage profond a été ouvert depuis quelques années sur le site de Bures à la limite de la Meuse et de la Haute Marne. Il a déjà donné d'excellents résultats confirmant les caractéristiques intéressantes d'une couche particulière d'argile à 400m de profondeur dans cette région. La recherche de solutions pour réduire la nocivité des déchets porte maintenant sur le traitement et le recyclage des matières issues des combustibles usés. A la sortie du réacteur, ces combustibles contiennent encore près de 95% d'uranium, les produits de fission et des produits de transmutation, le plutonium et d'autres actinides, dits mineurs. La France a déjà développé, au stade industriel, la récupération de l'uranium et du plutonium qui sont ensuite utilisés dans de nouveaux combustibles, en particulier dans le MOX pour recyclage dans les réacteurs à eau. Un objectif pour le futur, adopté pour les études de quatrième génération et repris dans la loi, est d'extraire des déchets et de recycler également les autres actinides. Une telle opération permettrait en effet de réduire considérablement l'activité résiduelle des déchets à long terme et donc de ne pas avoir à se préoccuper du devenir de déchets enfouis après quelques centaines ou milliers d'années. Cette loi française, une première mondiale, doit permettre de traiter le problème, qui reste la responsabilité notamment financière des exploitants, au bon niveau en cessant de brandir des menaces ridicules sur l'avenir de l'humanité, beaucoup plus concerné par les risques climatiques !

ASI : Une désinformation généralisée sur le sujet - tabou en France et dans le Monde - a contribué à nourrir dans l'opinion publique une peur viscérale du Nucléaire liée à la catastrophe de Tchernobyl. " Génération IV " prévoit-elle, outre son programme de développement stratégique la mise en place de campagnes d'information citoyennes, simples et objectives pour " transmuter " les idées reçues non fondées ? Rassurer notamment sur le danger relatif présenté par les radionucléides à vie longue (tel le plutonium moins nocif que le polonium par exemple)?
J Bouchard : Après l'accident américain de Three Miles Island, en 1979, et la catastrophe de Tchernobyl, les concepteurs décidèrent de préparer une nouvelle génération de centrales nucléaires, tirant parti de l'expérience industrielle déjà acquise mais tirant également les leçons des situations incidentelles ou accidentelles rencontrées jusque là. Dans une période où beaucoup doutaient de l'avenir du nucléaire, l'objectif est de démontrer que l'on peut encore faire mieux en matière de sûreté tout en gardant le cap de la compétitivité économique. La troisième génération est encore largement dominée par les concepts de réacteurs à eau. Les nouveaux développements ont pris plusieurs chemins, la sûreté passive pour certains, parce que supposée plus fiable et plus simple, la redondance de systèmes actifs, pour d'autres, avec toute l'expérience déjà acquise. Longtemps une réduction de la taille unitaire a été perçue comme un objectif de progrès (small is beautiful…); l'économie a conduit tous les projets à revenir dans la gamme 1000-1500 MW ou au-dessus. Finalement, il reste une amélioration importante vis-à-vis des risques d'accidents très graves avec une nouvelle réduction des probabilités correspondantes (moins d'une chance par million d'année réacteur) et surtout une prise en compte de ce risque à très faible probabilité par des dispositions constructives permettant d'en réduire les conséquences et, en pratique, d'éviter la nécessité d'évacuation de population.

ASI : Peut-on également prévoir à court terme, en ce sens, une utilisation plus environnementale des réacteurs pour dessaler l'eau de mer, contribuant ainsi à résoudre l'un des plus grands problèmes environnementaux du 21ème siècle : le manque d'eau douce ou bien n'est-ce pas à ce jour une priorité ?
J Bouchard : Une autre tendance pour ces systèmes du futur est liée à la nécessité de ne pas limiter l'usage du nucléaire à la production d'électricité. Un usage direct de la chaleur, à basse température pour le dessalement ou à haute température dans des procédés industriels est donc envisagé et l'intérêt pour les concepts à haute température est renforcé, non seulement par les gains potentiels de rendement mais également par la perspective de développer une production massive d'hydrogène par décomposition des molécules d'eau. Le choix entre procédé électrolytique, procédé chimique ou un hybride fait partie des thèmes d'études pour les prochaines années.

*Giga Tonne d'Equivalent Pétrole (GTEP)