Pouvoir nucléaire

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L’énergie nucléaire est l’utilisation de réactions nucléaires pour produire de l’électricité . L’énergie nucléaire peut être obtenue à partir de réactions de fission nucléaire , de Désintégration nucléaire et de fusion nucléaire . Actuellement, la grande majorité de l’électricité d’origine nucléaire est produite par la fission nucléaire de l’uranium et du plutonium dans les Centrales nucléaires . Les processus de Désintégration nucléaire sont utilisés dans des applications de niche telles que les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes dans certaines sondes spatiales telles que Voyager 2 . Produire de l’électricité à partir de l’énergie de fusionreste au centre de la recherche internationale.

La centrale nucléaire de Leibstadt en Suisse

La plupart des centrales électriques utilisent des réacteurs thermiques à uranium enrichi dans un cycle du combustible à passage unique . Le carburant est retiré lorsque le pourcentage d’ atomes absorbant les neutrons devient si important qu’une réaction en chaîne ne peut plus être maintenue, généralement 3 ans. Il est ensuite refroidi pendant plusieurs années dans des piscines de désactivation du site avant d’être transféré vers un entreposage de longue durée. Le combustible usé, bien que de faible volume (la soude peut être dimensionnée pour la consommation d’énergie totale d’une personne), est un déchet hautement radioactif; sa Radioactivité diminue de façon exponentielle à 0,5% de son niveau initial en 100 ans, et doit être isolée de la biosphère pendant des centaines de milliers d’années, bien que des technologies plus récentes (comme les réacteurs rapides ) aient le potentiel de réduire cela de manière significative. Parce que 95 % des déchets contiennent encore du combustible viable ( U-238 ), certains pays (France et Russie) retraitent leurs déchets, mais cela coûte plus cher que l’extraction de l’uranium . Tous les réacteurs génèrent du plutonium-239 , qui se trouve dans le combustible usé, et comme le Pu-239 est le matériau de prédilection pour les Armes nucléaires , le retraitement est considéré comme un risque de prolifération .

La Première centrale nucléaire a été construite dans les années 1950 et la capacité nucléaire installée mondiale est passée à 100 GW à la fin des années 1970, puis a rapidement augmenté au cours des années 1980 pour atteindre 300 GW en 1990. L’ accident de Three Mile Island en 1979 aux États-Unis et la catastrophe de Tchernobyl en 1986 en Union soviétique a entraîné une réglementation accrue et une opposition publique aux Centrales nucléaires. Ces facteurs, ainsi que le coût élevé de la construction, ont entraîné une augmentation de la capacité installée mondiale à 390 GW d’ici 2022. Ces centrales ont fourni 2 586 térawattheures (TWh) d’électricité en 2019, soit l’équivalent d’environ 10 % de la Production mondiale d’électricité . la deuxième plus grande puissance à faible émission de carbonesource après l’hydroélectricité . En mars 2022, ^[update]il y avait 439 réacteurs à fission civils dans le monde , 56 en construction et 96 prévus, avec une capacité combinée de 62 GW et 96 GW, respectivement. Les États-Unis possèdent le plus grand parc de réacteurs nucléaires, générant plus de 800 TWh d’électricité zéro émission par an avec un facteur de capacité moyen de 92 %. La plupart des réacteurs en construction sont des réacteurs de génération III en Asie.

L’énergie nucléaire a l’un des niveaux les plus bas de décès par unité d’énergie produite par rapport aux autres sources d’énergie. Le charbon , le pétrole , le gaz naturel et l’ hydroélectricité ont chacun causé plus de décès par unité d’ énergie en raison de la pollution de l’ air et des accidents . Les Centrales nucléaires n’émettent aucun Gaz à effet de serre . L’un des dangers de l’énergie nucléaire est le potentiel d’ accidents comme la catastrophe nucléaire de Fukushima au Japon en 2011.

Il y a un débat sur l’énergie nucléaire . Les partisans soutiennent que l’énergie nucléaire est une source d’énergie sûre et durable qui réduit les émissions de carbone . Le mouvement anti-nucléaire soutient que l’énergie nucléaire pose de nombreuses menaces pour les personnes et l’environnement et qu’elle est trop coûteuse et lente à déployer par rapport aux sources d’énergie alternatives durables .

Histoire

Origines

Les premières ampoules jamais allumées par l’électricité générée par l’énergie nucléaire à EBR-1 au Laboratoire national d’Argonne -Ouest, le 20 décembre 1951. ^[1]

La découverte de la fission nucléaire a eu lieu en 1938 après plus de quatre décennies de travaux sur la science de la Radioactivité et l’élaboration d’une nouvelle physique nucléaire décrivant les composants des atomes . Peu de temps après la découverte du processus de fission, on s’est rendu compte qu’un noyau en fission pouvait induire d’autres fissions de noyau, induisant ainsi une réaction en chaîne auto-entretenue. ^[2] Une fois que cela a été confirmé expérimentalement en 1939, les scientifiques de nombreux pays ont demandé à leurs gouvernements de soutenir la recherche sur la fission nucléaire, juste à l’aube de la Seconde Guerre mondiale , pour le développement d’une arme nucléaire . ^[3]

Aux États-Unis, ces efforts de recherche ont conduit à la création du premier réacteur nucléaire artificiel, le Chicago Pile-1 , qui a atteint la criticité le 2 décembre 1942. Le développement du réacteur faisait partie du projet Manhattan , l’ effort allié pour créer des Bombes atomiques pendant la Seconde Guerre mondiale. Cela a conduit à la construction de réacteurs de production à usage unique plus grands pour la production de Plutonium de qualité militaire destiné à être utilisé dans les premières Armes nucléaires. Les États-Unis ont testé la première arme nucléaire en juillet 1945, le test Trinity , les bombardements atomiques d’Hiroshima et de Nagasaki ayant lieu un mois plus tard.

La cérémonie de lancement de l’ USS Nautilus en janvier 1954. En 1958, il deviendra le premier navire à atteindre le pôle Nord . ^[4] La Centrale nucléaire de Calder Hall au Royaume-Uni, la Première centrale nucléaire commerciale au monde.

Malgré la nature militaire des premiers engins nucléaires, les années 1940 et 1950 ont été caractérisées par un fort optimisme quant au potentiel de l’énergie nucléaire à fournir une énergie bon marché et inépuisable. ^[5] L’électricité a été produite pour la première fois par un réacteur nucléaire le 20 décembre 1951, à la station expérimentale EBR-I près d’ Arco, Idaho , qui produisait initialement environ 100 kW . ^{[6] [7]} En 1953, le président américain Dwight Eisenhower prononça son discours « Des atomes pour la paix » aux Nations Unies , soulignant la nécessité de développer rapidement des utilisations « pacifiques » de l’énergie nucléaire. Cela a été suivi par la loi sur l’énergie atomique de 1954qui a permis une déclassification rapide de la technologie américaine des réacteurs et encouragé le développement par le secteur privé.

Première génération d’électricité

La première organisation à développer l’énergie nucléaire pratique fut l’ US Navy , avec le réacteur S1W destiné à propulser des sous- marins et des porte-avions . Le premier sous-marin à propulsion nucléaire, l’ USS Nautilus , a été mis en mer en janvier 1954. ^{[8] [9]} Le réacteur S1W était un réacteur à eau pressurisée .. Cette conception a été choisie car elle était plus simple, plus compacte et plus facile à utiliser par rapport aux conceptions alternatives, donc plus adaptée à une utilisation dans les sous-marins. Cette décision ferait du PWR le réacteur de choix également pour la production d’électricité, ce qui aurait un impact durable sur le marché civil de l’électricité dans les années à venir. ^[dix]

Le 27 juin 1954, la centrale nucléaire d’Obninsk en URSS est devenue la Première centrale nucléaire au monde à produire de l’électricité pour un réseau électrique , produisant environ 5 mégawatts d’énergie électrique. ^[11] La Première centrale nucléaire commerciale au monde, Calder Hall à Windscale, en Angleterre, a été connectée au réseau électrique national le 27 août 1956. Comme un certain nombre d’autres réacteurs de génération I , la centrale avait le double objectif de produire de l’électricité et plutonium-239 , ce dernier pour le programme naissant d’Armes nucléaires en Grande-Bretagne . ^[12]

Expansion et première opposition

La capacité nucléaire installée mondiale totale a initialement augmenté relativement rapidement, passant de moins de 1 gigawatt (GW) en 1960 à 100 GW à la fin des années 1970. ^[8] Au cours des années 1970 et 1980, la hausse des coûts économiques (liée à des délais de construction prolongés en grande partie en raison des changements réglementaires et des litiges des groupes de pression) ^[13] et la baisse des prix des combustibles fossiles ont rendu les Centrales nucléaires alors en construction moins attrayantes. Dans les années 1980 aux États-Unis et dans les années 1990 en Europe, la croissance plate du réseau électrique et la libéralisation de l’électricité ont également rendu l’ajout de grands nouveaux générateurs d’énergie de base économiquement peu attrayants.

La crise pétrolière de 1973 a eu un effet significatif sur des pays, comme la France et le Japon , qui avaient davantage compté sur le pétrole pour la production d’électricité pour investir dans l’énergie nucléaire. ^[14] La France construirait 25 Centrales nucléaires au cours des 15 prochaines années, ^{[15] [16]} et à partir de 2019, 71% de l’électricité française était produite par l’énergie nucléaire, le pourcentage le plus élevé de tous les pays du monde. ^[17]

Une certaine opposition locale à l’énergie nucléaire est apparue aux États-Unis au début des années 1960. ^[18] À la fin des années 1960, certains membres de la communauté scientifique ont commencé à exprimer des préoccupations pointues. ^[19] Ces préoccupations antinucléaires concernaient les accidents nucléaires , la prolifération nucléaire , le terrorisme nucléaire et l’élimination des déchets radioactifs . ^[20] Au début des années 1970, il y a eu de grandes protestations contre un projet de centrale nucléaire à Wyhl , en Allemagne. Le projet a été annulé en 1975. Le succès anti-nucléaire de Wyhl a inspiré l’opposition à l’énergie nucléaire dans d’autres parties de l’Europe et de l’Amérique du Nord .. ^{[21] [22]}

Au milieu des années 1970 , l’ activisme antinucléaire a gagné en popularité et en influence, et l’énergie nucléaire a commencé à devenir un sujet de protestation publique majeure. ^{[23] [24]} Dans certains pays, le conflit nucléaire “a atteint une intensité sans précédent dans l’histoire des controverses technologiques”. ^{[25] [26]} L’hostilité accrue du public envers l’énergie nucléaire a conduit à un processus d’obtention de licence plus long, à des réglementations et à des exigences accrues en matière d’équipement de sécurité, ce qui a rendu les nouvelles constructions beaucoup plus coûteuses. ^{[27] [28]} Aux États-Unis, plus de 120 propositions de réacteurs LWR ont finalement été annulées ^[29] et la construction de nouveaux réacteurs s’est arrêtée.^[30] L’accident de 1979 à Three Mile Island sans décès, a joué un rôle majeur dans la réduction du nombre de nouvelles constructions d’usines dans de nombreux pays. ^[19]

Tchernobyl et renaissance

La ville de Pripyat abandonnée depuis 1986, avec la centrale de Tchernobyl et l’ arc de confinement de Tchernobyl New Safe au loin. Olkiluoto 3 en construction en 2009. C’était le premier EPR , une conception REP modernisée, à démarrer la construction.

Au cours des années 1980, un nouveau réacteur nucléaire démarrait tous les 17 jours en moyenne. ^[31] À la fin de la décennie, la capacité nucléaire installée mondiale atteignait 300 GW. Depuis la fin des années 1980, les ajouts de nouvelles capacités ont considérablement ralenti, la capacité nucléaire installée atteignant 366 GW en 2005.

La catastrophe de Tchernobyl en 1986 en URSS , impliquant un réacteur RBMK , a modifié le développement de l’énergie nucléaire et a conduit à se concentrer davantage sur le respect des normes internationales de sécurité et de réglementation. ^[32] Elle est considérée comme la pire catastrophe nucléaire de l’histoire à la fois en termes de pertes totales, avec 56 morts directes, et financièrement, avec le nettoyage et le coût estimé à 18 milliards de roubles soviétiques (68 milliards de dollars US en 2019, corrigé de l’inflation). ^{[33] [34]} L’organisation internationale de promotion de la sensibilisation à la sûreté et du développement professionnel des opérateurs dans les installations nucléaires, la World Association of Nuclear Operators(WANO), a été créé à la suite de l’accident de Tchernobyl en 1986. La catastrophe de Tchernobyl a joué un rôle majeur dans la réduction du nombre de nouvelles constructions de centrales au cours des années suivantes. ^[19] Influencée par ces événements, l’Italie a voté contre l’énergie nucléaire lors d’un référendum en 1987, devenant ainsi le premier pays à éliminer complètement l’énergie nucléaire en 1990.

Au début des années 2000, l’énergie nucléaire s’attendait à une renaissance nucléaire , une augmentation de la construction de nouveaux réacteurs, en raison des inquiétudes concernant les émissions de dioxyde de carbone . ^[35] Au cours de cette période, des réacteurs de génération III plus récents , tels que l’ EPR , ont commencé la construction, bien que rencontrant des problèmes et des retards, et dépassant considérablement le budget. ^[36]

• Production électrique nette par source et croissance à partir de 1980. En termes d’énergie produite entre 1980 et 2010, la contribution de la fission a augmenté le plus rapidement.

• Production d’électricité en France , montrant le passage au nucléaire. thermofossile hydro-électrique nucléaire Autres énergies renouvelables

• Le rythme des constructions de nouveaux réacteurs s’est essentiellement arrêté à la fin des années 1980. L’augmentation du facteur de capacité des réacteurs existants est principalement responsable de l’augmentation continue de l’énergie électrique produite au cours de cette période.

• Tendances de la production d’électricité dans les cinq principaux pays producteurs d’énergie de fission (données US EIA)

Fukushima

Production électronucléaire (TWh) et réacteurs nucléaires opérationnels depuis 1997 ^[37]

Les perspectives d’une renaissance nucléaire ont été retardées par un autre accident nucléaire. ^{[35] [38]} L’ accident nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011 a été causé par un grand tsunami déclenché par le tremblement de terre de Tōhoku , l’un des plus grands tremblements de terre jamais enregistrés. La centrale nucléaire de Fukushima Daiichi a subi trois fusions du cœur en raison d’une défaillance du système de refroidissement d’urgence par manque d’approvisionnement en électricité. Cela a entraîné l’accident nucléaire le plus grave depuis la catastrophe de Tchernobyl. L’accident a entraîné un réexamen de la politique en matière de sûreté nucléaire et d’énergie nucléaire dans de nombreux pays. ^[39]L’Allemagne a approuvé des plans de fermeture de tous ses réacteurs d’ici 2022, et de nombreux autres pays ont revu leurs programmes électronucléaires. ^{[40] [41] [42] [43]} Suite à la catastrophe, le Japon a fermé tous ses réacteurs nucléaires, certains d’entre eux de façon permanente, et en 2015 a commencé un processus progressif de redémarrage des 40 réacteurs restants, après des contrôles de sécurité et sur la base sur les critères révisés pour les opérations et l’approbation publique. ^[44]

Perspectives actuelles

En 2015, les perspectives de l’AIEA pour l’énergie nucléaire étaient devenues plus prometteuses, reconnaissant l’importance de la production à faible émission de carbone pour atténuer le changement climatique. ^[45] À partir de 2015 ^[update], la tendance mondiale était que les nouvelles Centrales nucléaires mises en service soient contrebalancées par le nombre d’anciennes centrales mises hors service. ^[46] En 2016, l’ Energy Information Administration des États-Unis a projeté pour son “scénario de base” que la production mondiale d’énergie nucléaire passerait de 2 344 térawattheures (TWh) en 2012 à 4 500 TWh en 2040. La majeure partie de l’augmentation prévue devrait se produire en Asie. ^[47] En 2018, plus de 150 réacteurs nucléaires étaient prévus, dont 50 en construction. ^[48]En janvier 2019, la Chine comptait 45 réacteurs en exploitation, 13 en construction et prévoit d’en construire 43 autres, ce qui en ferait le plus grand producteur d’électricité nucléaire au monde. ^[49] En 2021, 17 réacteurs étaient en construction. La Chine a construit beaucoup moins de réacteurs que prévu initialement, sa part d’électricité d’origine nucléaire était de 5 % en 2019 ^[50] et les observateurs ont averti que, parallèlement aux risques, l’évolution de l’économie de la production d’énergie pourrait empêcher les nouvelles Centrales nucléaires de n’a plus de sens dans un monde qui penche vers des énergies renouvelables moins chères et plus fiables ». ^{[51] [52]}

Centrales nucléaires

Lire des médias Une animation d’un réacteur à eau sous pression en fonctionnement Nombre de réacteurs civils producteurs d’électricité par type en 2014 ^[53] REP REB GCR PHWR LWGR FBR

Les Centrales nucléaires sont des centrales thermiques qui produisent de l’électricité en exploitant l’ énergie thermique dégagée par la fission nucléaire . Une centrale nucléaire à fission est généralement composée d’un réacteur nucléaire , dans lequel se déroulent les réactions nucléaires génératrices de chaleur ; un système de refroidissement, qui évacue la chaleur de l’intérieur du réacteur ; une turbine à vapeur , qui transforme la chaleur en énergie mécanique ; un générateur électrique , qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. ^[54]

Lorsqu’un neutron frappe le noyau d’un atome d’ uranium 235 ou de plutonium , il peut diviser le noyau en deux noyaux plus petits. La réaction est appelée fission nucléaire. La réaction de fission libère de l’énergie et des neutrons. Les neutrons libérés peuvent heurter d’autres noyaux d’uranium ou de plutonium, provoquant de nouvelles réactions de fission, qui libèrent plus d’énergie et plus de neutrons. C’est ce qu’on appelle une réaction en chaîne . Dans la plupart des réacteurs commerciaux, la vitesse de réaction est contrôlée par des barres de contrôle qui absorbent les neutrons en excès. La contrôlabilité des réacteurs nucléaires dépend du fait qu’une petite fraction des neutrons issus de la fission sont retardés. Le délai entre la fission et la libération des neutrons ralentit les changements de vitesse de réaction et donne le temps de déplacer les barres de contrôle pour ajuster la vitesse de réaction. ^{[54] [55]}

Cycle de vie du combustible nucléaire

Le cycle du combustible nucléaire commence lorsque l’uranium est extrait, enrichi et transformé en combustible nucléaire (1), qui est livré à une centrale nucléaire . Après utilisation, le combustible usé est acheminé vers une usine de retraitement (2) ou vers un stockage définitif (3). Dans le cadre du retraitement nucléaire , 95 % du combustible usé peut potentiellement être recyclé pour être réutilisé dans une centrale électrique (4).

Le cycle de vie du combustible nucléaire commence avec l’extraction de l’uranium . Le minerai d’uranium est ensuite converti en un concentré de minerai compact , connu sous le nom de yellowcake (U ₃ O ₈ ), pour faciliter le transport. ^[56] Les réacteurs à fission ont généralement besoin d’uranium-235 , un isotope fissile de l’uranium . La concentration d’uranium 235 dans l’uranium naturel est très faible (environ 0,7 %). Certains réacteurs peuvent utiliser cet uranium naturel comme combustible, en fonction de leur économie neutronique . Ces réacteurs sont généralement à graphite ou à eau lourdemodérateurs. Pour les réacteurs à eau légère, le type de réacteur le plus courant, cette concentration est trop faible, et elle doit être augmentée par un procédé appelé enrichissement de l’uranium . ^[56] Dans les réacteurs civils à eau légère, l’uranium est généralement enrichi à 3,5-5 % d’uranium-235. ^[57] L’uranium est ensuite généralement converti en oxyde d’uranium (UO ₂ ), une céramique, qui est ensuite frittée par compression en pastilles de combustible, dont un empilement forme des barres de combustible de la composition et de la géométrie appropriées pour le réacteur particulier. ^[57]

Après un certain temps dans le réacteur, le combustible aura réduit la matière fissile et augmenté les produits de fission, jusqu’à ce que son utilisation devienne impraticable. ^[57] À ce stade, le combustible usé sera déplacé vers une piscine de combustible usé qui assure le refroidissement de la chaleur thermique et une protection contre les rayonnements ionisants. Au bout de plusieurs mois ou années, le combustible usé est suffisamment froid sur le plan radioactif et thermique pour être déplacé vers des emballages de stockage à sec ou retraité. ^[57]

Ressources en uranium

Proportions des isotopes uranium-238 (bleu) et uranium-235 (rouge) trouvés dans l’uranium naturel et dans l’uranium enrichi pour différentes applications. Les réacteurs à eau légère utilisent de l’uranium enrichi de 3 à 5 %, tandis que les réacteurs CANDU fonctionnent avec de l’uranium naturel.

L’uranium est un élément assez commun dans la croûte terrestre : il est à peu près aussi commun que l’ étain ou le germanium , et est environ 40 fois plus commun que l’ argent . ^[58] L’uranium est présent à l’état de traces dans la plupart des roches, de la saleté et de l’eau de mer, mais n’est généralement extrait économiquement que là où il est présent à des concentrations élevées. L’extraction de l’uranium peut être souterraine, à ciel ouvert ou par lixiviation in situ . Un nombre croissant des mines les plus productives sont des exploitations souterraines éloignées, comme la mine d’uranium de McArthur River, au Canada, qui représente à lui seul 13 % de la production mondiale. En 2011, les ressources mondiales connues d’uranium, économiquement récupérables au prix plafond arbitraire de 130 $ US/kg, étaient suffisantes pour durer entre 70 et 100 ans. ^{[59] [60] [61]} En 2007, l’OCDE a estimé 670 ans d’uranium économiquement récupérable dans les ressources conventionnelles totales et les minerais de phosphate en supposant le taux d’utilisation alors en cours. ^[62]

Les réacteurs à eau légère font un usage relativement inefficace du combustible nucléaire, n’utilisant principalement que le très rare isotope 235 de l’uranium. ^[63] Le retraitement nucléaire peut rendre ces déchets réutilisables, et les réacteurs plus récents permettent également une utilisation plus efficace des ressources disponibles que les plus anciens. ^[63] Avec un cycle de combustible de Réacteur rapide pur avec une combustion de tout l’uranium et des actinides (qui constituent actuellement les substances les plus dangereuses dans les déchets nucléaires), il y a environ 160 000 ans d’uranium dans les ressources conventionnelles totales et le minerai de phosphate au prix de 60–100 US$/kg. ^[64] Cependant, le retraitement est coûteux, peut-être dangereux et peut être utilisé pour fabriquer des Armes nucléaires. ^{[65][66] [67] [68] [69]} Une analyse a révélé que les prix de l’uranium pourraient augmenter de deux ordres de grandeur entre 2035 et 2100 et qu’il pourrait y avoir une pénurie vers la fin du siècle. ^[70] Une étude réalisée en 2017 par des chercheurs du MIT et de l’ OMSI a révélé qu'”au rythme de consommation actuel, les réserves conventionnelles mondiales d’uranium terrestre (environ 7,6 millions de tonnes) pourraient être épuisées en un peu plus d’un siècle”. ^[71] L’approvisionnement limité en uranium 235 peut inhiber une expansion substantielle avec la technologie nucléaire actuelle. ^[72] Alors que diverses façons de réduire la dépendance à ces ressources sont à l’étude, ^{[73] [74] [75]}les nouvelles technologies nucléaires sont considérées comme n’étant pas disponibles à temps à des fins d’atténuation du changement climatique ou de concurrence avec des alternatives d’énergies renouvelables, en plus d’être plus chères et de nécessiter une recherche et un développement coûteux. ^{[72] [76] [77]} Une étude a révélé qu’il n’est pas certain que les ressources identifiées seront développées assez rapidement pour fournir un approvisionnement ininterrompu en combustible aux installations nucléaires agrandies ^[78] et diverses formes d’exploitation minière peuvent être remises en question par des barrières écologiques, des coûts, et les exigences foncières. ^{[79] [80]} Les chercheurs signalent également une dépendance considérable aux importations d’énergie nucléaire. ^{[81] [82] [83] [84]}

Des ressources non conventionnelles en uranium existent également. L’uranium est naturellement présent dans l’eau de mer à une concentration d’environ 3 microgrammes par litre, ^{[85] [86] [87]} avec 4,4 milliards de tonnes d’uranium considérées comme présentes dans l’eau de mer à tout moment. ^[88] En 2014, il a été suggéré qu’il serait économiquement compétitif de produire du combustible nucléaire à partir d’eau de mer si le processus était mis en œuvre à grande échelle. ^[89] Comme les combustibles fossiles, sur des échelles de temps géologiques, l’uranium extrait à l’échelle industrielle de l’eau de mer serait reconstitué à la fois par l’érosion fluviale des roches et le processus naturel de dissolution de l’uranium à partir de la surface du fond de l’océan, qui maintiennent tous deux la solubilité équilibresconcentration de l’eau de mer à un niveau stable. ^[88] Certains commentateurs ont fait valoir que cela renforce les arguments en faveur de l’énergie nucléaire à considérer comme une énergie renouvelable . ^[90]

Déchets nucléaires

Composition typique du combustible de dioxyde d’uranium avant et après environ 3 ans dans le cycle du combustible nucléaire à passage unique d’un REO . ^[91]

Le fonctionnement normal des centrales et installations nucléaires produit des déchets radioactifs , ou déchets nucléaires. Ce type de déchets est également produit lors du démantèlement des centrales. Il existe deux grandes catégories de déchets nucléaires : les déchets de faible activité et les déchets de haute activité. ^[92] Le premier a une faible Radioactivité et comprend des articles contaminés tels que des vêtements, qui représentent une menace limitée. Les déchets de haute activité sont principalement le combustible usé des réacteurs nucléaires, qui est très radioactif et doit être refroidi puis éliminé ou retraité en toute sécurité. ^[92]

Déchets de haute activité Activité du combustible usé UOx par rapport à l’activité du minerai d’uranium naturel dans le temps. ^{[93] [91]} Cuves de stockage à châteaux secs stockant des assemblages de combustible nucléaire usés

Le flux de déchets le plus important des réacteurs nucléaires est le combustible nucléaire usé , qui est considéré comme un déchet de haute activité . Pour les REO, le combustible usé est généralement composé de 95 % d’uranium, de 4 % de produits de fission et d’environ 1 % d’ actinides transuraniens (principalement du plutonium , du neptunium et de l’américium ). ^[94] Les produits de fission sont responsables de la majeure partie de la Radioactivité à court terme, tandis que le plutonium et les autres transuraniens sont responsables de la majeure partie de la Radioactivité à long terme. ^[95]

Les déchets de haute activité (HA) doivent être stockés isolés de la biosphère avec un blindage suffisant pour limiter l’exposition aux rayonnements. Après leur sortie des réacteurs, les grappes de combustible usé sont entreposées pendant 6 à 10 ans dans des piscines de désactivation qui assurent refroidissement et protection contre les radiations. Après cela, le combustible est suffisamment refroidi pour pouvoir être transféré en toute sécurité dans un stockage en fût sec . ^[96] La Radioactivité diminue de façon exponentielle avec le temps, de sorte qu’elle aura diminué de 99,5 % après 100 ans. ^[97] Les produits de fission à vie courte plus intensément radioactifs(SLFP) se désintègrent en éléments stables en environ 300 ans, et après environ 100 000 ans, le combustible usé devient moins radioactif que le minerai d’uranium naturel. ^{[91] [98]}

Les méthodes couramment suggérées pour isoler les déchets LLFP de la biosphère comprennent la séparation et la transmutation , ^[91] les traitements synroc ou le stockage géologique profond. ^{[99] [100] [101] [102]}

Les réacteurs à neutrons thermiques , qui constituent actuellement la majorité du parc mondial, ne peuvent pas brûler le plutonium de qualité réacteur qui est généré pendant le fonctionnement du réacteur. Cela limite la durée de vie du combustible nucléaire à quelques années. Dans certains pays, comme les États-Unis, le combustible usé est classé dans son intégralité comme un déchet nucléaire. ^[103] Dans d’autres pays, comme la France, il est en grande partie retraité pour produire un combustible partiellement recyclé, appelé combustible à oxyde mixte ou MOX . Pour le combustible usé qui ne subit pas de retraitement, les isotopes les plus préoccupants sont les éléments transuraniens à vie moyenne , qui sont menés par le plutonium de qualité réacteur (demi-vie 24 000 ans). ^[104]Certaines conceptions de réacteurs proposées, telles que le Réacteur rapide intégral et les réacteurs à sels fondus , peuvent utiliser comme combustible le plutonium et d’autres actinides contenus dans le combustible usé des réacteurs à eau légère, grâce à leur spectre de fission rapide . Cela offre une alternative potentiellement plus intéressante au stockage géologique profond. ^{[105] [106] [107]}

Le cycle du combustible au thorium donne des produits de fission similaires, mais crée une proportion beaucoup plus faible d’éléments transuraniens à partir d’événements de capture de neutrons dans un réacteur. Le combustible usé au thorium, bien qu’il soit plus difficile à manipuler que le combustible usé à l’uranium, peut présenter des risques de prolifération quelque peu moindres. ^[108]

Déchets de faible activité

L’industrie nucléaire produit également un grand volume de déchets de faible activité, à faible Radioactivité, sous la forme d’articles contaminés tels que des vêtements, des outils à main, des résines de purificateur d’eau et (lors du déclassement) les matériaux dont le réacteur lui-même est construit. Les déchets de faible activité peuvent être stockés sur place jusqu’à ce que les niveaux de rayonnement soient suffisamment faibles pour être éliminés comme des déchets ordinaires, ou ils peuvent être envoyés vers un site d’élimination des déchets de faible activité. ^[109]

Déchets par rapport aux autres types

Dans les pays dotés d’énergie nucléaire, les déchets radioactifs représentent moins de 1 % du total des déchets toxiques industriels, dont la plupart restent dangereux pendant de longues périodes. ^[63] Dans l’ensemble, l’énergie nucléaire produit beaucoup moins de déchets en volume que les centrales électriques à combustible fossile. ^[110] Les centrales au charbon, en particulier, produisent de grandes quantités de cendres toxiques et légèrement radioactives résultant de la concentration de matières radioactives naturelles dans le charbon. ^[111] Un rapport de 2008 du laboratoire national d’Oak Ridge a conclu que l’énergie au charbon entraîne en fait plus de rejets de Radioactivité dans l’environnement que l’exploitation de l’énergie nucléaire, et que l’ équivalent de dose efficace pour la populationdu rayonnement des centrales au charbon est 100 fois supérieur à celui du fonctionnement des Centrales nucléaires. ^[112] Bien que la cendre de charbon soit beaucoup moins radioactive que le combustible nucléaire usé en poids, la cendre de charbon est produite en quantités beaucoup plus élevées par unité d’énergie générée. Il est également rejeté directement dans l’environnement sous forme de cendres volantes , tandis que les Centrales nucléaires utilisent un blindage pour protéger l’environnement des matières radioactives. ^[113]

Le volume des déchets nucléaires est faible par rapport à l’énergie produite. Par exemple, à la centrale nucléaire de Yankee Rowe , qui a généré 44 milliards de kilowattheures d’électricité lorsqu’elle était en service, son inventaire complet de combustible usé est contenu dans seize fûts. ^[114] On estime que la production d’un approvisionnement énergétique à vie pour une personne au niveau de vie occidental (environ 3 GWh ) nécessiterait de l’ordre du volume d’une canette de soda d’ uranium faiblement enrichi , résultant en un volume similaire de combustible usé généré. ^{[115] [116] [117]}

Traitement des déchets Les flacons de déchets nucléaires générés par les États-Unis pendant la guerre froide sont stockés sous terre à l’ usine pilote d’isolement des déchets (WIPP) au Nouveau-Mexique . L’installation est considérée comme une démonstration potentielle pour le stockage du combustible usé des réacteurs civils.

Après l’entreposage provisoire dans une piscine de combustible usé , les faisceaux d’assemblages de barres de combustible usé d’une centrale nucléaire type sont souvent entreposés sur place dans des cuves de stockage à fûts secs . ^[118] Actuellement, les déchets sont principalement stockés sur des sites de réacteurs individuels et il existe plus de 430 sites dans le monde où des matières radioactives continuent de s’accumuler.

L’élimination des déchets nucléaires est souvent considérée comme l’aspect politique le plus conflictuel du cycle de vie d’une centrale nucléaire. ^[119] Avec l’absence de mouvement de déchets nucléaires dans les réacteurs à fission nucléaire naturelle vieux de 2 milliards d’années à Oklo , le Gabon est cité comme “une source d’informations essentielles aujourd’hui”. ^{[120] [121]} Les experts suggèrent que des dépôts souterrains centralisés bien gérés, gardés et surveillés constitueraient une grande amélioration. ^[119] Il existe un « consensus international sur l’opportunité d’entreposer les déchets nucléaires dans des dépôts géologiques profonds ». ^[122]Avec l’avènement des nouvelles technologies, d’autres méthodes, y compris l’élimination horizontale par forage dans des zones géologiquement inactives, ont été proposées. ^{[123] [124]}

La plupart des emballages de déchets, la chimie expérimentale du recyclage du combustible à petite échelle et le raffinement radiopharmaceutique sont effectués dans des cellules chaudes télémanipulées .

Il n’y a pas de dépôts souterrains de déchets de haute activité à échelle commerciale en activité. ^{[122] [125] [126]} Cependant, en Finlande, le dépôt de combustible nucléaire usé d’Onkalo de la centrale nucléaire d’Olkiluoto est en construction depuis 2015. ^[127]

Retraitement

La plupart des réacteurs à neutrons thermiques fonctionnent selon un cycle du combustible nucléaire à passage unique , principalement en raison du faible prix de l’uranium frais. Cependant, de nombreux réacteurs sont également alimentés avec des matières fissiles recyclées qui restent dans le combustible nucléaire usé. Le matériau fissile le plus couramment recyclé est le plutonium de qualité réacteur (RGPu) qui est extrait du combustible usé, il est mélangé à de l’oxyde d’uranium et transformé en combustible à oxyde mixte ou MOX . Parce que les LWR thermiques restent le réacteur le plus courant dans le monde, ce type de recyclage est le plus courant. On considère qu’il augmente la durabilité du cycle du combustible nucléaire, réduit l’attrait du combustible usé pour le vol et réduit le volume de déchets nucléaires de haute activité. ^[128]Le combustible MOX usé ne peut généralement pas être recyclé pour être utilisé dans des réacteurs à neutrons thermiques. Cette question ne concerne pas les réacteurs à neutrons rapides , qui sont donc privilégiés afin d’atteindre le plein potentiel énergétique de l’uranium d’origine. ^{[129] [130]}

Le principal constituant du combustible usé des REO est l’uranium légèrement enrichi . Celui-ci peut être recyclé en uranium retraité (RepU), qui peut être utilisé dans un Réacteur rapide, utilisé directement comme combustible dans les réacteurs CANDU , ou ré-enrichi pour un autre cycle à travers un LWR. Le réenrichissement de l’uranium retraité est courant en France et en Russie. ^[131] L’uranium retraité est également plus sûr en termes de potentiel de prolifération nucléaire. ^{[132] [133] [134]}

Le retraitement a le potentiel de récupérer jusqu’à 95 % du combustible d’uranium et de plutonium dans le combustible nucléaire usé, ainsi que de réduire la Radioactivité à long terme dans les déchets restants. Cependant, le retraitement a été politiquement controversé en raison du potentiel de prolifération nucléaire et des perceptions variées de l’augmentation de la vulnérabilité au terrorisme nucléaire . ^{[129] [135]} Le retraitement entraîne également un coût du combustible plus élevé par rapport au cycle du combustible à passage unique. ^{[129] [135]} Si le retraitement réduit le volume de déchets de haute activité, il ne réduit pas les produits de fissionqui sont les principales causes de génération de chaleur résiduelle et de Radioactivité pendant les premiers siècles à l’extérieur du réacteur. Ainsi, les déchets retraités nécessitent encore un traitement quasiment identique pendant les premières centaines d’années.

Le retraitement du combustible civil des réacteurs de puissance se fait actuellement en France, au Royaume-Uni, en Russie, au Japon et en Inde. Aux États-Unis, le combustible nucléaire usé n’est actuellement pas retraité. ^[131] L’ installation de retraitement de La Hague en France est exploitée commercialement depuis 1976 et est responsable de la moitié du retraitement mondial en 2010. ^[136] Elle produit du combustible MOX à partir de combustible usé provenant de plusieurs pays. Plus de 32 000 tonnes de combustible usé avaient été retraitées en 2015, la majorité provenant de France, 17 % d’Allemagne et 9 % du Japon. ^[137]

Reproduction

Assemblages de combustible nucléaire inspectés avant d’entrer dans un réacteur à eau sous pression aux États-Unis.

La surgénération est le processus de conversion de matières non fissiles en matières fissiles pouvant être utilisées comme combustible nucléaire. La matière non fissile qui peut être utilisée pour ce procédé est appelée matière fertile , et constitue la grande majorité des déchets nucléaires actuels. Ce processus de surgénération se produit naturellement dans les réacteurs surgénérateurs . Contrairement aux réacteurs à neutrons thermiques à eau légère, qui utilisent de l’uranium 235 (0,7 % de tout l’uranium naturel), les surgénérateurs à neutrons rapides utilisent de l’uranium 238 (99,3 % de tout l’uranium naturel) ou du thorium. Un certain nombre de combinaisons de cycles du combustible et de réacteurs surgénérateurs sont considérées comme des sources d’énergie durables ou renouvelables. ^{[138] [139]}En 2006, on estimait qu’avec l’extraction de l’eau de mer, il y avait probablement cinq milliards d’années de ressources en uranium à utiliser dans les réacteurs surgénérateurs. ^[140]

La technologie surgénérateur a été utilisée dans plusieurs réacteurs, mais à partir de 2006, le coût élevé du retraitement du combustible en toute sécurité nécessite des prix de l’uranium de plus de 200 $ US / kg avant de se justifier économiquement. ^[141] Des réacteurs surgénérateurs sont cependant en cours de développement pour leur potentiel à brûler tous les actinides (les composants les plus actifs et les plus dangereux) dans l’inventaire actuel des déchets nucléaires, tout en produisant de l’énergie et en créant des quantités supplémentaires de combustible pour davantage de réacteurs via le processus d’élevage. ^{[142] [143]} Depuis 2017, il existe deux surgénérateurs produisant de l’énergie commerciale, le réacteur BN-600 et le réacteur BN-800 , tous deux en Russie. ^[144] Le Phénixréacteur surgénérateur en France a été arrêté en 2009 après 36 ans de fonctionnement. ^[144] La Chine et l’Inde construisent toutes deux des réacteurs surgénérateurs. Le prototype de réacteur surgénérateur rapide indien de 500 MWe est en phase de mise en service, ^[145] avec des plans pour en construire davantage. ^[146]

Une autre alternative aux surgénérateurs à neutrons rapides sont les réacteurs surgénérateurs à neutrons thermiques qui utilisent de l’uranium 233 extrait du thorium comme combustible de fission dans le cycle du combustible du thorium . ^[147] Le thorium est environ 3,5 fois plus commun que l’uranium dans la croûte terrestre et a des caractéristiques géographiques différentes. ^[147] Le programme d’énergie nucléaire en trois étapes de l’Inde comprend l’utilisation d’un cycle de combustible au thorium dans la troisième étape, car il possède d’abondantes réserves de thorium mais peu d’uranium. ^[147]

Démantèlement nucléaire

Le démantèlement nucléaire est le processus de démantèlement d’une installation nucléaire au point qu’elle ne nécessite plus de mesures de radioprotection, ^[148] ramenant l’installation et ses parties à un niveau suffisamment sûr pour être confiées à d’autres utilisations. ^[149] En raison de la présence de matières radioactives, le déclassement nucléaire présente des défis techniques et économiques. ^[150] Les coûts de déclassement sont généralement répartis sur la durée de vie d’une installation et enregistrés dans un fonds de déclassement. ^[151]

Capacité installée et production d’électricité

L’état de l’énergie nucléaire dans le monde (cliquez pour la légende) Part de la production d’électricité d’origine nucléaire, 2015 ^[152]

Production mondiale d’électricité par source en 2019 (la production totale était de 27 PWh ) ^{[153] [154]}

Charbon (37%) Gaz naturel (24%) Hydroélectricité (16 %) Nucléaire (10%) Vent (5%) Solaire (3%) Autre (5 %)

L’énergie nucléaire civile a fourni 2 586 térawattheures (TWh) d’électricité en 2019, soit environ 10 % de la Production mondiale d’électricité , et était la deuxième source d’ énergie à faible émission de carbone après l’ hydroélectricité . ^{[37] [155]} Étant donné que l’électricité représente environ 25 % de la consommation mondiale d’énergie , la contribution de l’énergie nucléaire à l’énergie mondiale était d’environ 2,5 % en 2011. ^[156] C’est un peu plus que la production mondiale combinée d’électricité éolienne, solaire, la biomasse et la géothermie, qui ont fourni ensemble 2 % de la consommation finale mondiale d’énergie en 2014. ^[157]La part de l’énergie nucléaire dans la Production mondiale d’électricité a chuté de 16,5 % en 1997, en grande partie parce que l’économie de l’énergie nucléaire est devenue plus difficile. ^[158]

En mars 2022, ^[update]il y avait 439 réacteurs à fission civils dans le monde , avec une capacité électrique combinée de 392 gigawatts (GW). Il y a également 56 réacteurs nucléaires en construction et 96 réacteurs prévus, avec une capacité combinée de 62 GW et 96 GW, respectivement. ^[159] Les États-Unis possèdent le plus grand parc de réacteurs nucléaires, générant plus de 800 TWh par an avec un facteur de capacité moyen de 92 %. ^[160] La plupart des réacteurs en construction sont des réacteurs de génération III en Asie. ^[161]

Les différences régionales dans l’utilisation de l’énergie nucléaire sont importantes. Les États-Unis produisent le plus d’énergie nucléaire au monde, l’énergie nucléaire fournissant 20 % de l’électricité qu’ils consomment, tandis que la France produit le pourcentage le plus élevé de son énergie électrique à partir de réacteurs nucléaires – 71 % en 2019. ^[17] Dans l’ Union européenne , l’énergie nucléaire fournit 26 % de l’électricité en 2018. ^[162] L’énergie nucléaire est la plus grande source d’électricité à faible émission de carbone aux États-Unis, ^[163] et représente les deux tiers de l’ énergie à faible émission de carbone de l’ Union européenne . électricité. ^[164] La politique de l’énergie nucléaire diffère selon les pays de l’Union européenne, et certains, comme l’Autriche, l’Estonie, l’Irlande et l’Italie , n’ont pas de Centrales nucléaires en activité.

En outre, il y avait environ 140 navires de guerre utilisant la propulsion nucléaire en service, alimentés par environ 180 réacteurs. ^{[165] [166]} Il s’agit notamment de navires militaires et de certains navires civils, tels que les brise-glaces à propulsion nucléaire . ^[167]

La recherche internationale se poursuit sur d’autres utilisations de la chaleur industrielle telles que la production d’hydrogène (à l’appui d’une économie de l’hydrogène ), le dessalement de l’eau de mer et l’utilisation dans les systèmes de chauffage urbain . ^[168]

Économie

L’économie des nouvelles Centrales nucléaires est un sujet controversé et des investissements de plusieurs milliards de dollars dépendent du choix des sources d’énergie. Les Centrales nucléaires ont généralement des coûts d’investissement élevés pour la construction de la centrale. Pour cette raison, la comparaison avec d’autres modes de production d’électricité est fortement dépendante d’hypothèses sur les délais de construction et le financement du capital des Centrales nucléaires. Les coûts de carburant représentent environ 30 % des coûts d’exploitation, tandis que les prix sont soumis au marché. ^[169]

Le coût élevé de la construction est l’un des plus grands défis pour les Centrales nucléaires. Une nouvelle centrale de 1 100 MW coûterait entre 6 et 9 milliards de dollars. ^[170] Les tendances des coûts de l’énergie nucléaire montrent une grande disparité selon les pays, la conception, le taux de construction et l’établissement d’une familiarité dans l’expertise. Les deux seuls pays pour lesquels des données sont disponibles qui ont vu leurs coûts baisser dans les années 2000 sont l’Inde et la Corée du Sud. ^[171]

L’analyse de l’économie de l’énergie nucléaire doit également prendre en compte qui supporte les risques des incertitudes futures. Depuis 2010, toutes les Centrales nucléaires en exploitation ont été développées par des monopoles publics ou réglementés de services publics d’électricité . ^[172] De nombreux pays ont depuis libéralisé le marché de l’électricité où ces risques, et le risque d’émergence de concurrents moins chers avant que les coûts en capital ne soient récupérés, sont supportés par les fournisseurs et les exploitants de centrales plutôt que par les consommateurs, ce qui conduit à une évaluation sensiblement différente de l’économie de nouvelles Centrales nucléaires. ^[173]

Le coût actualisé de l’électricité (LCOE) d’une nouvelle centrale nucléaire est estimé à 69 USD/MWh, selon une analyse de l’ Agence internationale de l’énergie et de l’Agence de l’ OCDE pour l’énergie nucléaire . Cela représente l’estimation du coût médian d’une énième centrale nucléaire du genre devant être achevée en 2025, à un taux d’actualisation de 7 %. L’énergie nucléaire s’est avérée être l’option la moins coûteuse parmi les technologies dispatchables . ^[174] Les énergies renouvelables variables peuvent produire de l’électricité moins chère : le coût médian de l’énergie éolienne terrestre a été estimé à 50 USD/MWh et celui de l’énergie solaire à grande échelle à 56 USD/MWh. ^[174] _{Au CO 2} supposécoût d’émission de 30 USD par tonne, l’électricité issue du charbon (88 USD/MWh) et du gaz (71 USD/MWh) est plus chère que les technologies à faible émission de carbone. L’électricité provenant de l’exploitation à long terme des Centrales nucléaires par prolongation de la durée de vie s’est avérée être l’option la moins coûteuse, à 32 USD/MWh. ^[174] Les mesures visant à atténuer le réchauffement climatique , telles qu’une taxe sur le carbone ou l’échange d’émissions de carbone , peuvent favoriser l’économie de l’énergie nucléaire. ^{[175] [176]}

Les nouveaux petits réacteurs modulaires , tels que ceux développés par NuScale Power , visent à réduire les coûts d’investissement pour une nouvelle construction en rendant les réacteurs plus petits et modulaires, afin qu’ils puissent être construits en usine.

Certaines conceptions avaient des avantages économiques considérables au début, comme le CANDU , qui a réalisé un facteur de capacité et une fiabilité beaucoup plus élevés par rapport aux réacteurs à eau légère de génération II jusqu’aux années 1990. ^[177]

Les Centrales nucléaires, bien que capables de suivre une certaine charge du réseau , sont généralement exploitées autant que possible pour maintenir le coût de l’énergie électrique produite aussi bas que possible, fournissant principalement de l’électricité de base . ^[178] En raison de la conception du réacteur de ravitaillement en ligne, les PHWR (dont la conception CANDU fait partie) continuent de détenir de nombreuses positions de record mondial pour la production d’électricité continue la plus longue, souvent plus de 800 jours. ^[179] Le record spécifique à partir de 2019 est détenu par un PHWR à Kaiga Atomic Power Station , générant de l’électricité en continu pendant 962 jours. ^[180]

Les coûts non pris en compte dans les calculs du LCOE comprennent les fonds pour la recherche et le développement et les catastrophes (on estime que la catastrophe de Fukushima coûte aux contribuables environ 187 milliards de dollars ^[181] ). Il a été constaté que les gouvernements forçaient dans certains cas « les consommateurs à payer d’avance les éventuels dépassements de coûts » ^[77] ou subventionnaient l’énergie nucléaire non rentable ^[182] ou étaient tenus de le faire. ^[52] Les exploitants nucléaires sont tenus de payer pour la gestion des déchets dans l’UE. ^[183] ​​Aux États-Unis, le Congrès aurait décidé il y a 40 ans que la nation, et non les entreprises privées, serait responsable du stockage des déchets radioactifs, les contribuables payant les frais. ^[184]Le Rapport mondial sur les déchets nucléaires 2019 a constaté que “même dans les pays où le principe du pollueur-payeur est une obligation légale, il est appliqué de manière incomplète” et note le cas de l’ installation de stockage géologique en profondeur allemande Asse II , où la récupération de grandes quantités des déchets doivent être payés par les contribuables. ^[185] De même, d’autres formes d’énergie, y compris les combustibles fossiles et les énergies renouvelables, ont une partie de leurs coûts couverts par les gouvernements. ^[186]

Utilisation dans l’espace

Le générateur thermoélectrique à radio-isotopes multi-missions (MMRTG), utilisé dans plusieurs missions spatiales telles que le rover Curiosity Mars

L’utilisation la plus courante de l’énergie nucléaire dans l’espace est l’utilisation de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes , qui utilisent la désintégration radioactive pour générer de l’énergie. Ces générateurs d’énergie sont relativement petits (quelques kW) et ils sont principalement utilisés pour alimenter des missions spatiales et des expériences pendant de longues périodes où l’énergie solaire n’est pas disponible en quantité suffisante, comme dans la sonde spatiale Voyager 2 . ^[187] Quelques véhicules spatiaux ont été lancés à l’aide de réacteurs nucléaires : 34 réacteurs appartiennent à la série soviétique RORSAT et un était le SNAP-10A américain . ^[187]

La fission et la fusion semblent prometteuses pour les applications de propulsion spatiale , générant des vitesses de mission plus élevées avec moins de masse de réaction . ^{[187] [188]}

Sécurité

Taux de décès dus à la pollution de l’air et aux accidents liés à la production d’énergie, mesurés en décès dans le passé par Térawattheure (TWh)

Les Centrales nucléaires ont trois caractéristiques uniques qui affectent leur sûreté, par rapport aux autres centrales électriques. Premièrement, des matières intensément radioactives sont présentes dans un réacteur nucléaire. Leur rejet dans l’environnement pourrait être dangereux. Deuxièmement, les produits de fission , qui constituent la plupart des substances intensément radioactives dans le réacteur, continuent de générer une quantité importante de chaleur de désintégration même après l’ arrêt de la réaction de fission en chaîne . Si la chaleur ne peut pas être évacuée du réacteur, les barres de combustible peuvent surchauffer et libérer des matières radioactives. Troisièmement, un accident de criticité(une augmentation rapide de la puissance du réacteur) est possible dans certains modèles de réacteur si la réaction en chaîne ne peut pas être contrôlée. Ces trois caractéristiques doivent être prises en compte lors de la conception des réacteurs nucléaires. ^[189]

Tous les réacteurs modernes sont conçus de sorte qu’une augmentation incontrôlée de la puissance du réacteur soit empêchée par des mécanismes de rétroaction naturelle, un concept connu sous le nom de coefficient de vide négatif de réactivité. Si la température ou la quantité de vapeur dans le réacteur augmente, le taux de fission diminue de manière inhérente. La réaction en chaîne peut également être arrêtée manuellement en insérant des barres de contrôle dans le cœur du réacteur. Les systèmes de refroidissement d’urgence du cœur (ECCS) peuvent éliminer la chaleur résiduelle du réacteur en cas de défaillance des systèmes de refroidissement normaux. ^[190] En cas de défaillance de l’ECCS, de multiples barrières physiques limitent le rejet de matières radioactives dans l’environnement, même en cas d’accident. La dernière barrière physique est le grand bâtiment de confinement .^[189]

Avec un taux de mortalité de 0,07 par TWh , l’énergie nucléaire est la source d’énergie la plus sûre par unité d’énergie produite en termes de mortalité lorsque l’historique est pris en compte. ^[191] L’énergie produite par le charbon, le pétrole, le gaz naturel et l’ hydroélectricité a causé plus de décès par unité d’énergie générée en raison de la pollution de l’air et des accidents liés à l’énergie . C’est ce que l’on trouve en comparant les décès immédiats dus à d’autres sources d’énergie aux décès par cancer indirects immédiats et latents, ou prévus, dus aux accidents de l’énergie nucléaire. ^{[192] [193]}Lorsque les décès directs et indirects (y compris les décès résultant de l’exploitation minière et de la pollution de l’air) de l’énergie nucléaire et des combustibles fossiles sont comparés, ^[194] l’utilisation de l’énergie nucléaire a été calculée pour avoir évité environ 1,8 million de décès entre 1971 et 2009, par réduire la proportion d’énergie qui aurait autrement été générée par des combustibles fossiles. ^{[195] [196]} Suite à la catastrophe nucléaire de Fukushima en 2011, on a estimé que si le Japon n’avait jamais adopté l’énergie nucléaire, les accidents et la pollution par les centrales au charbon ou au gaz auraient causé plus d’années de vie perdues. ^[197]

Les impacts graves des accidents nucléaires ne sont souvent pas directement attribuables à l’exposition aux rayonnements, mais plutôt à des effets sociaux et psychologiques. L’évacuation et le déplacement à long terme des populations touchées ont créé des problèmes pour de nombreuses personnes, en particulier les personnes âgées et les patients hospitalisés. ^[198] L’évacuation forcée d’un accident nucléaire peut entraîner l’isolement social, l’anxiété, la dépression, des problèmes médicaux psychosomatiques, un comportement imprudent et le suicide. Une étude approfondie de 2005 sur les conséquences de la catastrophe de Tchernobyl a conclu que l’impact sur la santé mentale est le plus grand problème de santé publique causé par l’accident. ^[199] Frank N. von Hippel , un scientifique américain, a déclaré qu’une peur disproportionnée des rayonnements ionisants ( radiophobie) pourrait avoir des effets psychologiques à long terme sur la population des zones contaminées à la suite de la catastrophe de Fukushima. ^[200]

Les accidents

À la suite de la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011 , le pire accident nucléaire au monde depuis 1986, 50 000 foyers ont été déplacés après la fuite de radiations dans l’air, le sol et la mer. ^[201] Les contrôles radiologiques ont conduit à l’interdiction de certaines expéditions de légumes et de poisson. ^[202] Chaleur de décroissance du réacteur en tant que fraction de la pleine puissance après l’arrêt du réacteur, en utilisant deux corrélations différentes. Pour éliminer la chaleur de désintégration, les réacteurs doivent être refroidis après l’arrêt des réactions de fission. Une perte de la capacité d’éliminer la chaleur de désintégration a causé l’ accident de Fukushima .

Certains accidents nucléaires et radiologiques graves se sont produits. La gravité des accidents nucléaires est généralement classée à l’aide de l’ échelle internationale des événements nucléaires (INES) introduite par l’ Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA). L’échelle classe les événements anormaux ou les accidents sur une échelle de 0 (un écart par rapport au fonctionnement normal qui ne présente aucun risque pour la sécurité) à 7 (un accident majeur avec des effets étendus). Il y a eu 3 accidents de niveau 5 ou plus dans l’industrie nucléaire civile, dont deux, l’ accident de Tchernobyl et l’ accident de Fukushima , sont classés au niveau 7.

Les premiers accidents nucléaires majeurs ont été la catastrophe de Kyshtym en Union soviétique et l’ incendie de Windscale au Royaume-Uni, tous deux en 1957. Le premier accident majeur dans un réacteur nucléaire aux États-Unis s’est produit en 1961 au SL-1 , un hélicoptère expérimental de l’armée américaine . réacteur nucléaire de l’ Idaho National Laboratory . Une réaction en chaîne incontrôlée a entraîné une explosion de vapeur qui a tué les trois membres d’équipage et provoqué une fusion . ^{[203] [204]} Un autre accident grave s’est produit en 1968, lorsque l’un des deux réacteurs refroidis au métal liquide à bord du sous- marin soviétique K-27a subi une défaillance de l’élément combustible , avec l’émission de produits de fission gazeux dans l’air ambiant, faisant 9 morts parmi l’équipage et 83 blessés. ^[205]

L’accident nucléaire de Fukushima Daiichi a été causé par le tremblement de terre et le tsunami de Tohoku en 2011 . L’accident n’a causé aucun décès lié aux radiations, mais a entraîné une contamination radioactive des zones environnantes. La difficile opération de nettoyage devrait coûter des dizaines de milliards de dollars sur 40 ans ou plus. ^{[206] [207]} L’ accident de Three Mile Island en 1979 était un accident à plus petite échelle, classé au niveau INES 5. Il n’y a eu aucun décès direct ou indirect causé par l’accident. ^[208]

L’impact des accidents nucléaires est controversé. Selon Benjamin K. Sovacool , les accidents liés à l’énergie de fission se sont classés au premier rang des sources d’énergie en termes de coût économique total, représentant 41 % de tous les dommages matériels attribués aux accidents énergétiques. ^[209] Une autre analyse a révélé que le charbon, le pétrole, le gaz de pétrole liquéfié et les accidents hydroélectriques (principalement dus à la catastrophe du barrage de Banqiao ) ont entraîné des impacts économiques plus importants que les accidents nucléaires. ^[210]L’étude compare les décès par cancer latent attribuables au nucléaire avec les décès immédiats dus à d’autres sources d’énergie par unité d’énergie produite, et n’inclut pas le cancer lié aux combustibles fossiles et d’autres décès indirects créés par l’utilisation de la consommation de combustibles fossiles dans son « accident grave » (un accident de plus de 5 morts) classification. L’accident de Tchernobyl en 1986 a causé environ 50 décès par effets directs et indirects, et quelques blessures graves temporaires dues au syndrome d’ irradiation aiguë . ^[211] La mortalité future prévue par l’augmentation des taux de cancer est estimée à environ 4 000 dans les décennies à venir. ^{[212] [213] [214]} Cependant, les coûts ont été importants et augmentent.

Les événements météorologiques extrêmes, y compris les événements rendus plus graves par le changement climatique, diminuent la fiabilité de l’énergie nucléaire. ^{[215] [216]} De nouveaux types de réacteurs ^[217] et l’affaiblissement des normes de sécurité pour accroître la compétitivité de l’énergie nucléaire peuvent augmenter les risques ou présenter de nouveaux risques d’accidents. ^[218]

L’énergie nucléaire fonctionne dans un cadre d’ assurance qui limite ou structure les responsabilités en cas d’accident conformément aux conventions nationales et internationales. ^[219] On prétend souvent que ce déficit potentiel de responsabilité représente un coût externe non inclus dans le coût de l’électricité nucléaire. Ce coût est faible, s’élevant à environ 0,1 % du coût actualisé de l’électricité , selon une étude du Congressional Budget Office aux États-Unis. ^[220] Ces coûts d’assurance au-delà de la normale pour les pires scénarios ne sont pas propres à l’énergie nucléaire. De même, les centrales hydroélectriques ne sont pas entièrement assurées contre un événement catastrophique tel que les ruptures de barrage. Par exemple, la rupture du barrage de Banqiao a causé la mort d’environ 30 000 à 200 000 personnes et 11 millions de personnes ont perdu leur maison. Comme les assureurs privés fondent les primes d’assurance des barrages sur des scénarios limités, l’assurance contre les catastrophes majeures dans ce secteur est également fournie par l’État. ^[221]

Attaques et sabotages

Les terroristes pourraient cibler les Centrales nucléaires dans le but de répandre une contamination radioactive dans la communauté. La Commission américaine sur le 11 septembre a déclaré que les Centrales nucléaires étaient des cibles potentielles initialement envisagées pour les attentats du 11 septembre 2001 . Une attaque contre la piscine de désactivation d’un réacteur pourrait également être grave, car ces piscines sont moins protégées que le cœur du réacteur. La libération de Radioactivité pourrait entraîner des milliers de décès à court terme et un plus grand nombre de décès à long terme. ^[222]

Aux États-Unis, la NRC réalise des exercices « Force on Force » (FOF) sur tous les sites de Centrales nucléaires au moins une fois tous les trois ans. ^[222] Aux États-Unis, les usines sont entourées d’une double rangée de hautes clôtures surveillées électroniquement. Les terrains de l’usine sont patrouillés par une force importante de gardes armés. ^[223]

Le sabotage interne est également une menace car les initiés peuvent observer et contourner les mesures de sécurité. Les crimes d’initiés réussis dépendaient de l’observation et de la connaissance des vulnérabilités de sécurité par les auteurs. ^[224] Un incendie a causé 5 à 10 millions de dollars de dommages au Indian Point Energy Center de New York en 1971. ^[225] L’incendiaire s’est avéré être un préposé à l’entretien de l’usine. ^[226]

Prolifération nucléaire

Stocks d’Armes nucléaires des États-Unis et de l’ URSS /Russie , 1945–2006. Le Programme des mégatonnes aux mégawatts a été le principal moteur de la forte réduction de la quantité d’Armes nucléaires dans le monde depuis la fin de la guerre froide. ^{[227] [228]} Le croiseur lance-missiles USS Monterey (CG 61) reçoit du carburant en mer (FAS) du porte-avions de classe Nimitz USS George Washington (CVN 73).

La prolifération nucléaire est la propagation des Armes nucléaires , des matières fissiles et de la technologie nucléaire liée aux armes dans des États qui ne possèdent pas encore d’Armes nucléaires. De nombreuses technologies et matériaux associés à la création d’un programme électronucléaire ont une capacité à double usage, en ce sens qu’ils peuvent également être utilisés pour fabriquer des Armes nucléaires. Pour cette raison, l’énergie nucléaire présente des risques de prolifération.

Le programme d’énergie nucléaire peut devenir une voie menant à une arme nucléaire. Un exemple de ceci est l’inquiétude suscitée par le programme nucléaire de l’Iran . ^[229] La réaffectation des industries nucléaires civiles à des fins militaires serait une violation du traité de non-prolifération , auquel adhèrent 190 pays. En avril 2012, il y a trente et un pays qui ont des Centrales nucléaires civiles, ^[230] dont neuf ont des Armes nucléaires . La grande majorité de ces États dotés d’Armes nucléaires ont produit des armes avant les Centrales nucléaires commerciales.

Un objectif fondamental de la sécurité mondiale est de minimiser les risques de prolifération nucléaire associés à l’expansion de l’énergie nucléaire. ^[229] Le Partenariat mondial pour l’énergie nucléaire était un effort international visant à créer un réseau de distribution dans lequel les pays en développement ayant besoin d’énergie recevraient du combustible nucléaire à un tarif réduit, en échange de ce que cette nation accepte de renoncer à son propre développement local d’une usine d’enrichissement d’uranium. programme. Le consortium français Eurodif / European Gaseous Diffusion Uranium Enrichment est un programme qui a mis en œuvre ce concept avec succès, avec l’Espagneet d’autres pays sans installations d’enrichissement achetant une part du combustible produit à l’installation d’enrichissement contrôlée par la France, mais sans transfert de technologie. ^[231] L’Iran a été l’un des premiers participants à partir de 1974 et reste actionnaire d’Eurodif via la Sofidif .

Un rapport des Nations Unies de 2009 a déclaré que:

le regain d’intérêt pour le nucléaire pourrait se traduire par une diffusion mondiale des technologies d’enrichissement de l’uranium et de retraitement des combustibles usés, qui présentent des risques évidents de prolifération car ces technologies peuvent produire des matières fissiles directement utilisables dans les Armes nucléaires. ^[232]

D’autre part, les réacteurs de puissance peuvent également réduire les arsenaux d’Armes nucléaires lorsque les matières nucléaires de qualité militaire sont retraitées pour être utilisées comme combustible dans les Centrales nucléaires. Le programme Megatons to Megawatts est considéré comme le programme de non-prolifération le plus réussi à ce jour. ^[227] Jusqu’en 2005, le programme avait transformé 8 milliards de dollars d’uranium hautement enrichi de qualité militaire en uranium faiblement enrichi convenant comme combustible nucléaire pour les réacteurs à fission commerciaux en le diluant avec de l’uranium naturel . Cela correspond à l’élimination de 10 000 Armes nucléaires. ^[233]Pendant environ deux décennies, ce matériau a généré près de 10 % de toute l’électricité consommée aux États-Unis, soit environ la moitié de toute l’électricité nucléaire américaine, avec un total d’environ 7 000 TWh d’électricité produite. ^[234] Au total, on estime qu’il a coûté 17 milliards de dollars, une « aubaine pour les contribuables américains », la Russie profitant de 12 milliards de dollars de l’accord. ^[234] Bénéfice indispensable pour l’industrie russe de surveillance nucléaire qui, après l’effondrement de l’ économie soviétique , a eu des difficultés à payer l’entretien et la sécurité de l’uranium hautement enrichi et des ogives de la Fédération de Russie. ^[235]Le programme Megatons to Megawatts a été salué comme un succès majeur par les défenseurs des Armes nucléaires, car il a largement été le moteur de la forte réduction du nombre d’Armes nucléaires dans le monde depuis la fin de la guerre froide. ^[227] Cependant, sans une augmentation des réacteurs nucléaires et une plus grande demande de combustible fissile, le coût du démantèlement et du down blending a dissuadé la Russie de poursuivre son désarmement. Depuis 2013, la Russie ne semble pas intéressée par l’extension du programme. ^[236]

Impact environnemental

La centrale nucléaire d’Ikata , un réacteur à eau sous pression qui se refroidit en utilisant un échangeur de chaleur de refroidissement secondaire avec une grande masse d’eau, une approche de refroidissement alternative aux grandes tours de refroidissement .

En tant que source d’énergie à faible émission de carbone nécessitant relativement peu d’utilisation des terres, l’énergie nucléaire peut avoir un impact environnemental positif. Il nécessite également un approvisionnement constant en quantités importantes d’eau et affecte l’environnement par l’exploitation minière et l’usinage. ^{[237] [238] [239] [240]} Ses impacts négatifs potentiels les plus importants sur l’environnement peuvent provenir de ses risques transgénérationnels de prolifération des Armes nucléaires qui peuvent augmenter les risques de leur utilisation à l’avenir, les risques de problèmes associés à la gestion de la les déchets radioactifs tels que la contamination des eaux souterraines, les risques d’accidents et les risques d’attaques diverses sur les sites de stockage de déchets ou les centrales de retraitement et de production d’électricité. ^{[65] [241] [242] [243][244] [240] [245] [246]} Cependant, ceux-ci ne restent pour la plupart que des risques car historiquement, il n’y a eu que peu de catastrophes dans les Centrales nucléaires avec des impacts environnementaux relativement importants connus.

Émission de dioxyde de carbone

Émissions de Gaz à effet de serre sur le cycle de vie des technologies d’approvisionnement en électricité, valeurs médianes calculées par le GIEC ^[247]

L’énergie nucléaire est l’une des principales méthodes de production d’ électricité à faible émission de carbone et, en termes d’ émissions totales de Gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie par unité d’énergie produite , elle a des valeurs d’émission comparables ou inférieures à celles des énergies renouvelables . ^{[248] [249]} Une analyse de 2014 de la littérature sur l’ empreinte carbone par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) a indiqué que l’ intensité des émissions totales du cycle de vie de l’énergie nucléaire a une valeur médiane de 12 g CO ₂ eq / kWh , qui est la plus faible parmi toutes les charges de base commerciales sources d’énergie. ^{[247] [250]} Cela contraste avec le charbon et le gaz naturel à 820 et 490 g CO ₂ eq/kWh. ^{[247] [250]} En 2021, les réacteurs nucléaires dans le monde ont permis d’éviter l’émission de 72 milliards de tonnes de dioxyde de carbone depuis 1970, par rapport à la production d’électricité au charbon, selon un nouveau rapport. ^{[251] [196]}

Radiation

La dose moyenne du rayonnement de fond naturel est de 2,4 millisieverts par an (mSv/a) à l’échelle mondiale. Elle varie entre 1 mSv/a et 13 mSv/a, en fonction principalement de la géologie de l’emplacement. Selon les Nations Unies ( UNSCEAR ), l’exploitation régulière des Centrales nucléaires, y compris le cycle du combustible nucléaire, augmente cette quantité de 0,0002 mSv/a d’exposition du public en moyenne mondiale. La dose moyenne des Centrales nucléaires en fonctionnement aux populations locales qui les entourent est inférieure à 0,0001 mSv/a. ^[252] À titre de comparaison, la dose moyenne pour les personnes vivant à moins de 50 miles d’une centrale électrique au charbon est plus de trois fois cette dose, à 0,0003 mSv/a. ^[253]

Tchernobyl a fait que les populations environnantes les plus touchées et le personnel masculin de récupération ont reçu une moyenne initiale de 50 à 100 mSv sur quelques heures à quelques semaines, tandis que l’héritage mondial restant du pire accident de centrale nucléaire en exposition moyenne est de 0,002 mSv / a et est continuellement chutant au rythme décroissant, à partir du maximum initial de 0,04 mSv par personne en moyenne sur l’ensemble de la population de l’hémisphère nord l’année de l’accident en 1986. ^[252]

Débat sur le nucléaire

Une comparaison des prix dans le temps de l’énergie issue de la fission nucléaire et d’autres sources.
Le LCOE est une mesure du coût actuel net moyen de la production d’électricité pour une centrale de production tout au long de sa durée de vie.

Le débat sur l’énergie nucléaire porte sur la controverse qui a entouré le déploiement et l’utilisation de réacteurs à fission nucléaire pour produire de l’électricité à partir de combustible nucléaire à des fins civiles. ^{[24] [254] [25]}

Les partisans de l’énergie nucléaire la considèrent comme une source d’énergie durable qui réduit les émissions de carbone et augmente la sécurité énergétique en diminuant la dépendance à d’autres sources d’énergie qui sont également ^{[82] [83] [84]} souvent dépendantes des importations. ^{[255] [256] [257]} Par exemple, les promoteurs notent que chaque année, l’électricité produite par le nucléaire réduit 470 millions de tonnes métriques d’émissions de dioxyde de carbone qui proviendraient autrement des combustibles fossiles. ^[258]De plus, la quantité de déchets relativement faible que l’énergie nucléaire crée est éliminée en toute sécurité par les installations de production d’énergie nucléaire à grande échelle ou est réutilisée/recyclée pour d’autres utilisations énergétiques. ^[259] M. King Hubbert , qui a popularisé le concept de pic pétrolier , voyait le pétrole comme une ressource qui s’épuiserait et considérait l’énergie nucléaire comme sa remplaçante. ^[260] Les partisans affirment également que la quantité actuelle de déchets nucléaires est faible et peut être réduite grâce à la technologie la plus récente des réacteurs plus récents et que le bilan de sécurité opérationnelle de l’électricité de fission en termes de décès est jusqu’à présent “sans précédent”. ^[13] Kharecha et Hansena estimé que “l’énergie nucléaire mondiale a évité en moyenne 1,84 million de décès liés à la pollution de l’air et 64 gigatonnes d’équivalent CO ₂ (GtCO ₂ -eq ) d’émissions de Gaz à effet de serre (GES) qui auraient résulté de la combustion de combustibles fossiles” et, si poursuivi, il pourrait prévenir jusqu’à 7 millions de décès et 240 GtCO ₂ -eq d’émissions d’ici 2050. ^[196]

Les promoteurs attirent également l’attention sur le coût d’opportunité de l’utilisation d’autres formes d’électricité. Par exemple, l’Environmental Protection Agency estime que le charbon tue 30 000 personnes par an, ^[261] en raison de son impact sur l’environnement, tandis que 60 personnes sont mortes dans la catastrophe de Tchernobyl. ^[262] Un exemple concret d’impact fourni par les promoteurs est l’augmentation de 650 000 tonnes des émissions de carbone dans les deux mois suivant la fermeture de la centrale nucléaire de Vermont Yankee. ^[263]

Les opposants estiment que l’énergie nucléaire pose de nombreuses menaces pour la santé et l’environnement ^{[264] [265]} telles que le risque de prolifération des Armes nucléaires, la gestion sûre des déchets à long terme et le terrorisme à l’avenir. ^{[266] [267]} Ils soutiennent également que les Centrales nucléaires sont des systèmes complexes où beaucoup de choses peuvent mal tourner et ont mal tourné. ^{[268] [269]} Les coûts de la catastrophe de Tchernobyl s’élèvent à environ 68 milliards de dollars en 2019 et sont en augmentation, ^[33] la catastrophe de Fukushima devrait coûter aux contribuables environ 187 milliards de dollars, ^[181] et la gestion des déchets radioactifs coûterait au Exploitants nucléaires de l’UE ~ 250 milliards de dollars d’ici 2050. ^[183]Cependant, dans les pays qui utilisent déjà l’énergie nucléaire, lorsqu’ils n’envisagent pas le retraitement, les coûts intermédiaires d’élimination des déchets nucléaires pourraient être relativement fixes à des degrés certains mais inconnus ^[270] “puisque l’essentiel de ces coûts provient de l’exploitation de l’installation de stockage intermédiaire” . ^[271]

Les critiques constatent que l’un des plus grands inconvénients de la construction de nouvelles centrales à fission nucléaire sont les coûts de construction et d’exploitation élevés par rapport aux alternatives de sources d’énergie durables. ^{[51] [218] [76] [239] [272]} Les coûts supplémentaires comprennent les coûts de recherche et développement en cours, le retraitement coûteux dans les cas où cela est pratiqué ^{[65] [66] [67] [69]} et le démantèlement. ^{[273] [274] [275]} Les promoteurs notent que se concentrer sur le coût actualisé de l’énergie(LCOE), cependant, ignore la prime de valeur associée à l’électricité dispatchable 24h/24 et 7j/7 et le coût des systèmes de stockage et de secours nécessaires pour intégrer des sources d’énergie variables dans un réseau électrique fiable. ^[276] “Le nucléaire reste donc la technologie à faible émission de carbone distribuable avec les coûts attendus les plus bas en 2025. Seuls les grands réservoirs hydroélectriques peuvent fournir une contribution similaire à des coûts comparables mais restent fortement dépendants des dotations naturelles de chaque pays.” ^[277]

Manifestation anti-nucléaire près du centre d’élimination des déchets nucléaires de Gorleben , dans le nord de l’Allemagne

Dans l’ensemble, de nombreux opposants estiment que l’énergie nucléaire ne peut pas contribuer de manière significative à l’atténuation du changement climatique car ils trouvent qu’elle est, en résumé, trop dangereuse, trop coûteuse, qu’elle prend trop de temps à déployer et qu’elle constitue un obstacle à la réalisation d’une transition vers la durabilité et la neutralité carbone, ^{[76] [278] [279] [280]} étant en fait une concurrence distrayante ^{[281] [282]} pour les ressources (c’est-à-dire humaines, financières, en temps, en infrastructure et en expertise) pour le déploiement et le développement de solutions alternatives et durables , les technologies des systèmes énergétiques ^{[77] [282] [76] [283]} (comme pour l’éolien, l’océan et le solaire ^[76] – y compris par ex.solaire flottant – ainsi que des moyens de gérer leur intermittence autres que la production de charge de base nucléaire ^[284] tels que la production dispatchable , la diversification des énergies renouvelables, ^{[285] [286]} les super réseaux , la demande et l’offre d’énergie flexibles régulant les réseaux intelligents et le stockage d’énergie ^{[287 ] [288] [289] [290] [291]} technologies). ^{[292] [293] [294] [295] [296] [297] [298] [299] [246]}

Néanmoins, des recherches et des débats sont en cours sur les coûts du nouveau nucléaire, en particulier dans les régions où, entre autres, le stockage saisonnier de l’énergie est difficile à fournir et qui visent à éliminer les combustibles fossiles au profit d’ une énergie à faible émission de carbone plus rapidement que la moyenne mondiale. ^[300] Certains estiment que les coûts de transition financière pour un système énergétique européen 100 % basé sur les énergies renouvelables qui a complètement éliminé l’énergie nucléaire pourraient être plus coûteux d’ici 2050 sur la base des technologies actuelles (c’est-à-dire sans tenir compte des avancées potentielles, par exemple en matière d’hydrogène vert , de transmission et capacités de flexibilité, moyens de réduction des besoins énergétiques, géothermie et énergie de fusion) lorsque le réseau ne s’étend qu’à l’Europe. ^[301]Les arguments d’économie et de sécurité sont utilisés par les deux côtés du débat.

Comparaison avec les énergies renouvelables

Le ralentissement du réchauffement climatique nécessite une transition vers une économie à faible émission de carbone , principalement en brûlant beaucoup moins de combustibles fossiles . Limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C est techniquement possible si aucune nouvelle centrale électrique à combustibles fossiles n’est construite à partir de 2019. ^[302] Cela a suscité un intérêt et des différends considérables pour déterminer la meilleure voie à suivre pour remplacer rapidement les combustibles fossiles dans le mix énergétique mondial . , ^{[303] [304]} avec un intense débat académique. ^{[305] [306]} Parfois, l’AIE dit que les pays sans nucléaire devraient le développer ainsi que leur énergie renouvelable. ^[307]

Approvisionnement total mondial en énergie primaire de 162 494 TWh (ou 13 792 Mtep ) par combustibles en 2017 (IEA, 2019) ^{[308] : 6, 8}

Pétrole (32%) Charbon/Tourbe/Shale (27,1 %) Gaz naturel (22,2 %) Biocarburants et déchets (9,5%) Nucléaire (4,9%) Hydroélectricité (2,5 %) Autres ( Renouvelables ) (1,8%)

Plusieurs études suggèrent qu’il pourrait être théoriquement possible de couvrir une majorité de la production mondiale d’énergie avec de nouvelles sources renouvelables. Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) a déclaré que si les gouvernements étaient favorables, l’approvisionnement en énergie renouvelable pourrait représenter près de 80 % de la consommation mondiale d’énergie d’ici 2050. ^[309] Alors que dans les pays développés, la géographie économiquement réalisable pour la nouvelle hydroélectricité est manquant, avec chaque zone géographiquement appropriée déjà largement exploitée, ^[310] certains partisans de l’énergie éolienne et solaire affirment que ces ressources pourraient à elles seules éliminer le besoin d’énergie nucléaire. ^{[306] [311]}

L’énergie nucléaire est comparable à, et dans certains cas inférieure, à de nombreuses sources d’énergie renouvelables en termes de vies perdues dans le passé par unité d’électricité fournie. ^{[194] [192] [312]} Selon le recyclage des technologies d’énergie renouvelable, les réacteurs nucléaires peuvent produire un volume beaucoup plus petit de déchets, bien que beaucoup plus toxiques, coûteux à gérer et à plus longue durée de vie. ^{[313] [242]} Une centrale nucléaire doit également être démontée et enlevée et une grande partie de la centrale nucléaire démontée doit être stockée comme déchet nucléaire de faible activité pendant quelques décennies. ^[314] L’élimination et la gestion de la grande variété ^[315]de déchets radioactifs, dont il y a plus d’un quart de million de tonnes en 2018, peuvent causer des dommages et des coûts futurs à travers le monde pendant des centaines de milliers d’années ou pendant des centaines de milliers d’années ^{[316] [317] [318]} – peut-être plus d’un millions d’années, ^{[319] [320] [321] [322]} en raison de problèmes tels que les fuites, ^[323] la récupération maligne, la vulnérabilité aux attaques (y compris de retraitement- ^{[68] [65]} et les centrales électriques ), la contamination des eaux souterraines, rayonnement et fuite au-dessus du sol, fuite de saumure ou corrosion bactérienne. ^{[324] [319] [325] [326]}Le Centre commun de recherche de la Commission européenne a constaté qu’à partir de 2021, les technologies nécessaires au stockage géologique des déchets nucléaires sont désormais disponibles et peuvent être déployées. ^[327] Les experts en corrosion ont noté en 2020 que repousser plus longtemps le problème du stockage “n’est bon pour personne”. ^[328] Le plutonium séparé et l’uranium enrichi pourraient être utilisés pour les Armes nucléaires , qui – même avec le contrôle centralisé actuel (par exemple au niveau de l’État) et le niveau de prévalence – sont considérés comme un risque mondial difficile et substantiel d’impacts futurs substantiels sur l’humanité. la santé, la vie, la civilisation et l’environnement. ^{[65] [241] [242] [243][244]}

Rapidité de transition et investissements nécessaires

Une analyse réalisée en 2015 par le professeur Barry W. Brook et ses collègues a révélé que l’énergie nucléaire pourrait déplacer ou éliminer complètement les combustibles fossiles du réseau électrique d’ici 10 ans. Ce constat était basé sur le rythme historiquement modeste et avéré auquel l’énergie nucléaire a été ajoutée en France et en Suède lors de leurs programmes de construction dans les années 1980. ^{[329] [330]} Dans une analyse similaire, Brook avait précédemment déterminé que 50 % de toute l’énergie mondiale , y compris les carburants synthétiques pour le transport , etc., pourraient être générés d’ici environ 30 ans si le taux de formation de fission nucléaire mondial était identique à l’installation historique prouvée. tarifs calculés en GW par an par unité de PIB mondial(GW/an/$). ^[331] Cela contraste avec les études conceptuelles pour des systèmes d’énergie 100 % renouvelables , qui nécessiteraient des investissements mondiaux d’un ordre de grandeur plus coûteux par an, ce qui n’a pas de précédent historique. ^[332] Ces scénarios renouvelables nécessiteraient également beaucoup plus de terres consacrées aux projets éoliens terrestres et solaires terrestres. ^{[331] [332]} Brook note que « les principales limitations de la fission nucléaire ne sont pas techniques, économiques ou liées au combustible, mais sont plutôt liées à des problèmes complexes d’acceptation sociétale, d’inertie fiscale et politique et d’évaluation critique inadéquate de la réalité ». contraintes mondiales auxquelles [les autres] alternatives à faible émission de carbone sont confrontées. ^[331]Contrairement à son point de vue, les coûts de construction et d’exploitation du nucléaire sont très élevés par rapport aux alternatives de sources d’énergie durables dont les coûts diminuent et qui sont la source de production d’électricité à la croissance la plus rapide, la recherche et le développement étant en cours sur les options pour aller au-delà. contraintes actuelles dans un système énergétique fortement décarboné sans recours au nouveau nucléaire. ^{[51] [218] [76] [239] [272]} Les coûts et la concurrence croissante des technologies énergétiques durables peuvent être les principaux moteurs d’un déclin apparent du nucléaire. ^{[333] [286] [334] [335] [292] [326]} À partir de 2019^[update]le coût de la prolongation de la durée de vie des centrales existantes est compétitif par rapport aux autres technologies de production d’électricité, y compris les nouveaux projets solaires et éoliens. ^[155] Certains ont fait valoir que la publicité récente de l’énergie nucléaire – y compris pour de nouvelles conceptions de réacteurs comme les “petits réacteurs modulaires” – est motivée en partie ou principalement par “le désespoir de l’industrie en déclin pour le capital et son lobby connexe le décrivant comme une solution pour le climat monnaie”. ^{[281] [282]}

Les données scientifiques indiquent que, en supposant les niveaux d’émissions de 2021, l’humanité n’a qu’un budget carbone équivalent à 11 ans d’émissions pour limiter le réchauffement à 1,5 °C ^{[336] [337]} tandis que la construction de nouveaux réacteurs nucléaires a pris une médiane de 7,2 à 10,9 années en 2018-2020, ^[326] sensiblement plus longtemps que, parallèlement à d’autres mesures, l’intensification du déploiement de l’éolien et du solaire – en particulier pour les nouveaux types de réacteurs – tout en étant plus risqué, souvent retardé et plus dépendant du soutien de l’État. ^{[338] [339] [279] [281] [76] [334] [292]} Les chercheurs ont averti que les nouvelles technologies nucléaires – qui sont en développement depuis des décennies, ^{[340][76] [218]} sont moins testés, ont des risques de prolifération plus élevés , ont plus de nouveaux problèmes de sécurité, sont souvent loin de la commercialisation et sont plus chers ^{[218] [76] [239] [217]} – ne sont pas disponibles à temps. ^{[72] [77] [341] [281] [342] [291] [343]} Les critiques de l’énergie nucléaire ne s’opposent souvent qu’à l’énergie de fission nucléaire mais pas à la fusion nucléaire – cependant, il est peu probable que l’énergie de fusion soit commercialement répandue avant 2050. ^{[ 344] [345] [346] [347] [348]}

L’utilisation des terres

Les Centrales nucléaires nécessitent environ un kilomètre carré de terrain par réacteur typique. ^{[349] [350]} Les écologistes et les défenseurs de l’environnement ont commencé à remettre en question les propositions d’expansion mondiale des énergies renouvelables, car ils s’opposent à l’utilisation fréquemment controversée de terres autrefois boisées pour situer les systèmes d’énergie renouvelable. ^[351] Soixante-quinze écologistes universitaires ont signé une lettre, ^[352] suggérant une politique plus efficace pour atténuer le changement climatique impliquant le reboisement de cette terre proposée pour la production d’énergie renouvelable, à son paysage naturel antérieur, au moyen des arbres indigènes qui l’habitaient auparavant, en tandem avec la moindre empreinte d’utilisation des terres de l’énergie nucléaire, comme voie pour assurer à la fois l’engagement envers les réductions d’émissions de carbone et pour réussir les programmes de réensauvagement du paysage qui font partie de l’environnement mondial initiatives de protection et de réintroduction des espèces. ^{[353] [354] [355]}

Ces scientifiques soutiennent que les engagements du gouvernement à augmenter l’utilisation des énergies renouvelables tout en s’engageant simultanément à étendre les zones de conservation biologique sont deux résultats concurrents en matière d’utilisation des terres, opposés l’un à l’autre, qui entrent de plus en plus en conflit. Les aires protégées de conservation existantes étant actuellement considérées comme insuffisantes pour sauvegarder la biodiversité , “le conflit pour l’espace entre la production d’énergie et l’habitat restera l’un des principaux problèmes de conservation futurs à résoudre”. ^{[353] [354]}

Rechercher

Conceptions avancées de réacteurs à fission

Feuille de route Génération IV du Laboratoire National d’Argonne

Les réacteurs à fission actuellement en service dans le monde sont des systèmes de deuxième ou de troisième génération , la plupart des systèmes de première génération ayant déjà été retirés. La recherche sur les types de réacteurs avancés de génération IV a été officiellement lancée par le Forum international Génération IV (GIF) sur la base de huit objectifs technologiques, notamment l’amélioration de l’économie, de la sécurité, de la résistance à la prolifération, de l’utilisation des ressources naturelles et de la capacité à consommer les déchets nucléaires existants dans la production de électricité. La plupart de ces réacteurs diffèrent considérablement des réacteurs à eau légère actuellement en service et devraient être disponibles pour la construction commerciale après 2030. ^[356]

Fusion-fission nucléaire hybride

L’énergie nucléaire hybride est un moyen proposé de produire de l’énergie en utilisant une combinaison de processus de fusion nucléaire et de fission. Le concept date des années 1950 et a été brièvement défendu par Hans Bethe dans les années 1970, mais est resté largement inexploré jusqu’à un regain d’intérêt en 2009, en raison de retards dans la réalisation de la fusion pure. Lorsqu’une centrale à fusion nucléaire soutenue est construite, elle a le potentiel d’être capable d’extraire toute l’énergie de fission qui reste dans le combustible de fission usé, de réduire le volume de déchets nucléaires de plusieurs ordres de grandeur et, plus important encore, d’éliminer tous les actinides présents dans le combustible usé, substances qui posent des problèmes de sécurité. ^[357]

La fusion nucléaire

Schéma du tokamak ITER en construction en France.

Les réactions de fusion nucléaire ont le potentiel d’être plus sûres et de générer moins de déchets radioactifs que la fission. ^{[358] [359]} Ces réactions semblent potentiellement viables, bien que techniquement assez difficiles et doivent encore être créées à une échelle qui pourrait être utilisée dans une centrale électrique fonctionnelle. La puissance de fusion fait l’objet d’études théoriques et expérimentales depuis les années 1950.

Il existe plusieurs réacteurs et installations expérimentaux de fusion nucléaire. Le plus grand et le plus ambitieux projet international de fusion nucléaire actuellement en cours est ITER , un grand tokamak en construction en France. ITER devrait ouvrir la voie à l’énergie de fusion commerciale en démontrant des réactions de fusion nucléaire auto-entretenues avec un gain d’énergie positif. La construction de l’installation ITER a commencé en 2007, mais le projet a connu de nombreux retards et dépassements de budget. L’installation ne devrait désormais pas commencer ses activités avant l’année 2027-11 ans après initialement prévu. ^[360] Une suite à la centrale nucléaire commerciale à fusion, DEMO , a été proposée. ^{[344] [361]}Il existe également des suggestions pour une centrale électrique basée sur une approche de fusion différente, celle d’une centrale à fusion inertielle .

La production d’électricité par fusion était initialement considérée comme facilement réalisable, comme l’avait été l’énergie électrique à fission. Cependant, les exigences extrêmes en matière de réactions continues et de confinement du plasma ont conduit à allonger les projections de plusieurs décennies. En 2020, plus de 80 ans après les premières tentatives , la commercialisation de la production d’énergie de fusion était considérée comme improbable avant 2050. ^{[344] [345] [346] [347] [348]}

Voir également

• Portail de la technologie nucléaire
• Portail de l’énergie

• Batterie atomique
• L’énergie nucléaire par pays
• Débat sur les Armes nucléaires
• Énergie nucléaire à base de thorium
• Débat sur l’extraction de l’uranium
• Consommation énergétique mondiale

Références

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Further reading

Wikiversity quizzes on nuclear power

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External links

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