La transition énergétique est à l'ordre du jour

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Publié le Samedi, 06 Octobre 2012 15:31

Écrit par SLC

La doxa[1] sur l'énergie est-elle conciliable avec l'expertise ?

Gilbert Ruelle - Académie des technologies, Commission énergie et changement climatique

Une version de ce document actualisée en avril 2013 est disponible au format pdf

Résumé

Une transition énergétique est engagée en Europe. Ce terme recouvre un large éventail de contenus, allant d'une maîtrise améliorée de l'énergie à la sortie du nucléaire en passant par un développement intensif des énergies renouvelables, et le rêve d'un abandon des combustibles fossiles et de l'apparition de l'hydrogène-énergie. Il est souhaitable d'examiner ce qui sous-tend une telle dispersion de contenus, de tenter les classer et de se forger un avis raisonnable sur les choix énergétiques en ce qui concerne la France, le cap de cette transition restant la lutte contre le réchauffement climatique comme vient de le rappeler le Président de la République dans son discours d'inauguration de la Conférence Environnementale le 15 septembre 2012 .

Cette volonté de transition trouve son origine dans le ressenti du public sur les questions touchant à l'énergie, conduisant dans une partie de la population à une pensée moyenne, une "doxa", assise sur trois opinions :

-       Les énergies renouvelables sont séduisantes : Comment ne pas leur être favorable ? et qui peut être contre l’idée de les développer au maximum ?

-       Les ressources fossiles ne disparaîtront pas si vite, et Il ne va pas être facile de s'en priver : A l'origine du développement économique du monde depuis deux siècles, elles restent peu coûteuses malgré l'augmentation régulière de leur coût d'extraction, et constituent encore 80% de l'approvisionnement énergétique mondial.Certes elles sont la cause principale du réchauffement climatique. On observe cependant que la crise qui dure fait passer cette préoccupation climatique derrière celles de l'emploi et de l'équilibre économique. Continuons donc à utiliser les sources fossiles en fermant les yeux sur le climat, ou peut-être saura-t-on capter et stocker le CO2 qu'elles émettent pour les rendre plus propres?

-       Le nucléaire suscite une crainte diffuse :

Le nucléaire a ceci de particulier que sa perception sociale est dominée par son aspect risque, contrairement aux autres sources d'énergie pour lesquelles cet aspect existe depuis longtemps, mais ne fait plus la une des médias. L'origine de cette crainte est à chercher :

- Dans la formidable intensité des forces internes au noyau atomique, d'abord révélée par l'arme nucléaire, et qui permet dans ses applications civiles à 1 gramme d’uranium de produire autant d'énergie électrique que la combustion de 2,2 tonnes de charbon,

- Dans l'aspect mystérieux des radiations nucléaires, évocatrices de conséquences décalées dans le temps telles que cancers à venir. Ce risque est perçu comme encore mal cerné puisqu’il continue à être l’objet de débats d'experts.

Comment donc ne pas être méfiant vis-à-vis d’une énergie aussi puissante et mystérieuse?

 

La doxa moyenne qui résulte de ces trois constatsest un mélange de foi un peu bucolique dans les énergies renouvelables, de consentement à utiliser encore longtemps ces énergies fossiles dont la disparition annoncée recule, et de méfiance, voire rejet vis-à-vis des risques de l'énergie nucléaire, jugés imprévisibles dans leur diversité et leur gravité, rendant souhaitable une réduction de sa part, voire sa disparition.

- Une majorité de grands pays d'Amérique du Nord et d'Asie continuent à exploiter très largement leurs ressources fossiles; ils développent le nucléaire et les énergies renouvelables en complément dans un mix énergétique réduisant un peu les émissions de CO2.

 - Certains pays accordent un poids plus grand au risque du nucléaire, et s’orientent vers une réduction programmée de sa part (France), voire son exclusion (Allemagne, n'envisageant qu'à beaucoup plus long terme un abandon éventuel des énergies fossiles dont elle dispose ou qu'elle importe), avec en corollaire un développement maximum de la part des énergies renouvelables pouvant atteindre 80 ou 90% du mix dans certains scénarios allemands.

 

Une orientation vers de si nouvelles répartitions des rôles des différentes sources d’énergie exige d’en évaluer la justification économique et écologique, en approfondissant trois points principaux:

1.    Les caractéristiques des EnR, notamment celle, sous-estimée, de l'intermittence des deux principales sources renouvelables d'énergie électrique. permettront-t-elles une utilisation aussi majoritaire dans des conditions économiquement et écologiquement acceptables?,

2.    Peut-on fermer les yeux sur les conséquences climatiques des énergies fossiles? Est-il réaliste d’espérer réduire rapidement et fortement leur usage? Ou pourra-t-on réduire leur nuisance par captage et stockage du CO2 émis dans un délai acceptable?.

3.    Le rejet de l’énergie nucléaire sur la base de ses risques est-il fondé au regard des faits?

Un consensus assez général existant sur une nécessaire meilleure maîtrise de l'énergie, cette analyse porte principalement sur la production d'énergie électrique qui suscite actuellement le plus de débats. Elle présente en trois parties les éléments factuels qui aident à entrevoir des réponses à chacune des trois questions ci-dessus, que l'on peut résumer comme suit :

1. On ne voit pas aujourd'hui comment réaliser les gigantesques stockages répartis d'énergie électrique qui seraient nécessaires pour réaliser des scénarios à 80% d'énergies renouvelables dont la plus grande part serait intermittente. Les moyens de stockage innovants, notamment utilisant l'hydrogène issu d'énergies renouvelables, utilisé ensuite par des piles à combustibles, ou méthanisé, sont handicapés par de mauvais rendements et un très net manque de maturité. En l'absence de tels stockages, le transport massif d'électricité sur un réseau très haute tension plusieurs fois plus puissant que celui existant, permettant de compenser les écarts de production/consommation d'une région à l'autre sur des distances transeuropéennes conduit à un coût considérable et des difficultés sociétales pour l'implantation d'un tel réseau. S'il faut enterrer les lignes, l'investissement fait un bond.

2. Les choix énergétiques des plus grands pays émetteurs de CO2 montrent que leur préoccupation majeure n'est pas celle du climat, mais de l'indépendance énergétique, de l'économie et de l'emploi. La raréfaction plus tardive que prévue des sources fossiles, surtout du gaz, augure donc d'un usage encore long. La capture/séquestration du CO2 émis par les sources fossiles (CSC) apportera peut-être tardivement une contribution à la réduction des émissions, mais ne permettra pas de poursuivre leur exploitation sans dégâts sur le climat.

3. La médiatisation excessive des accidents nucléaires n'interdit pas de les comparer objectivement à ceux des autres sources d'énergie; Les faits historiques montrent alorsqu'aucune autre source d'énergie n'a fait moins de victimes pour la même production d'énergie au cours du dernier demi-siècle. L'analyse du présent et du futur montre aussi que c'est la source d'énergie la plus économique, contribuant le mieux à l'indépendance énergétique de la France, de plus non émettrice de CO2, et présentant le plus fort potentiel de développement, laissant espérer une indépendance totale de notre énergie électrique, une augmentation du rendement, de la sûreté, et de la facilité de gestion des déchets.

 

Pour un progrès raisonné, choisi et partagé[2], le public doit prendre conscience de ces données factuelles pour enrichir sa doxa afin de permettre par les voies démocratiques des choix conciliant cette doxa avec les avis des experts.

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INTRODUCTION

 

Dans la conclusion de sa communication à l'Académie des technologies intitulée "Prospective sur l'énergie au XXIème siècle" publiée en 2004 et mise à jour en 2008, la Commission énergie et changement climatique estimait qu' au cours du XXIème siècle, le monde de l'énergie serait jalonné par trois "transitions" principales:

1.    Le peak-oil, plafonnement de l'extraction du pétrole, et entrée dans un système de prix de plus en plus élevés.

2.    Une généralisation du protocole de Kyoto, entrainant une forte variation relative des prix des différentes sources d'"nergie.

3.    Le peak-gas, plafonnement de l'extraction du gaz, accélérant la montée du prix de cette source d'énergie.

Ces transitions n'étaient pas situées avec dans le temps, mais sont rappelées ici dans l'ordre chronologique qui paraissait le plus probable en 2004,. Les transitions 1 et 3 étaient liées aux ressources physiques de pétrole et de gaz, la transition 2 n'est liée qu'à des décisions humaines.

En 2012, aucune de ces trois transitions n'est encore apparue:

1.    Le peak-oil qui dans lequel nous entrons ne se révèle pas être un pic mais un vasteplateau. L'économie mondiale a appris à survivre avec un cours du pétrole dans la centaine de dollars par baril, alors que son coût de production au Moyen Orient ne n'est que de la dizaine et que les pétroles non conventionnels extraits de mers profondes ou des sables asphaltiques ne coûtent que quelques dizaines, laissant une marge pour prolonger ce plateau.

2.    Le protocole de Kyoto est bien loin de sa généralisation, l'Europe s'est voulue vertueuse, mais est restée incohérente, et les grands pays émetteurs de CO2 ont préféré mettre la priorité sur leur développement économique, leur indépendance énergétique et leur emploi.

3.    L'ombre du peak-gas s'est évanouie pour plusieurs décennies avec l'apparition des gaz de schistes qui a fait plonger le prix américain du gaz d'un facteur 2 à 3, et passer en quelques années les Etats-Unis du statut d'importateur anxieux à celui d'exportateur heureux.

Par contre, une nouvelle transition, voulue par les pouvoirs politiques en place en Europe en 2012, est apparue, c'est la "transition énergétique". Essayons de décrypter ce terme, présenté comme l'expression d'un ressenti populaire qui, suivant les chemins démocratiques, fait partie des objectifs affichés par les gouvernements.

Ce terme recouvre un éventail de sens, allant d'une maîtrise améliorée de l'énergie à une sortie du nucléaire particulièrement évoquée depuis l'accident de Fukushima, en passant par un développement très poussé des énergies renouvelables, par le rêve ambitieux d'une réduction drastique des combustibles fossiles, de l’implémentation  rapide du captage/stockage du CO2, et le développement de l'hydrogène-énergie. Le cap de cette transition reste toutefois la lutte contre le réchauffement climatique comme vient de le rappeler le Président de la république dans son discours d'inauguration de la Conférence environnementale le 15 septembre 2012

 

UNE APPRROCHE FREQUENTE DES QUESTIONS D'ENERGIE

Il est donc nécessaire d'examiner ce qui a conduit à une telle disparité du contenus à partir du ressenti du public sur les questions touchant à l'énergie. Ce ressenti est le fruit d'informations qu'il capte sur les médias, le plus souvent parcellaires sur quelques angles d'approche: nouveauté, potentiel, coût, sécurité d'approvisionnement, risques, emploi généré, incidence sur le climat. Les synthèses objectives de l'ensemble du spectre de questions sont plus rares et plus difficiles d'accès.

 Cette appropriation par le public des questions d'énergie, par accumulation d'informations parcellaires, a construit progressivement dans une paetie du public une pensée moyenne, une "doxa" assise sur trois ressentis :

 

PREMIER RESSENTI GENERAL : LES ENERGIES RENOUVELABLES SONT SEDUISANTES

Il est aisé de comprendre la leur séduction. Elles sont naturelles et leurs sources nous sont familières dans la nature présente sous nos yeux, soleil, vent, fleuves, biomasse. Contrairement aux énergies fossiles qui puisent dans un stock géologique historique en voie d'épuisement, les EnR sont éternelles puisque leurs sources se renouvellent naturellement, soleil, vent, eau des fleuves sont ces énergies renouvelables tant que le soleil brillera, puisqu'il est à l'origine de toutes.

Contrairement aux énergies fossiles primaires (charbon, pétrole, gaz) que l’on ne peut transformer en énergie utile que par une combustion qui émet des gaz à effet de serre dégradant le climat, les EnR présentent l’avantage de se transformer en énergie utile sans passer par cette combustion émettrice de GES (sauf pour la biomasse, mais il y a alors compensation entre émissions de la biomasse brûlée et l’absorption par celle qui repousse.

Le soleil et le vent étant des ressouces assez bien distribuées, les EnR offrent donc une certaine sécurité d'approvisionnement, et donnent ainsi naissance au concept populaire d’énergie décentralisée, chacun pouvant produire l’énergie qu’il consomme ou la trouver à proximité sans nécessiter de grans réseaux de transport.

Etant des énergies de faible densité, elles sont de taille plus modeste que les grandes énergies thermique ou nucléaire, plus à échelle humaine, de plus, à défaut d'analyse approfondie, elles semblent avoir une apparence de gratuité car il n’y a pas de combustible à payer. Comment ne pas être favorable aux énergies renouvelables ? et qui peut être contre l’idée de les développer au maximum ?

 

SECOND RESSENTI GENERAL : LES ENERGIES FOSSILES NE DIPARAITRONT PAS SI VITE, ET IL N'EST PAS FACILE DE S'EN PASSER.

Tout homme soucieux d'écologie ne peut être que favorable à une limitation de l'usage des énergies fossiles puisqu'elles sont constituées d’un stock épuisable en quelques générations au rythme croissant de leur exploitation, elles ne sont pas durables, et que par surcroît elles sont la cause principale du réchauffement climatique, dont le danger  se confirme d'année en année, dont le GIEC mesure l'accélération. On observe cependant que la crise qui dure fait passer cette préoccupation climatique derrière celles de l'emploi et de l'équilibre économique, et qu'une tendance actuelle dans beaucoup de pays est de continuer à utiliser ces sources fossiles en fermant (au moins provisoirement) les yeux sur le climat.

Car chacun sait aussi que ces énergies fossiles se sont révélées les plus faciles et les moins coûteuses à exploiter. Le charbon au 19^ème siècle, le pétrole et le gaz naturel au 20^ème siècle, sont à l'origine du développement économique dont le monde entier a bénéficié au cours des deux derniers siècles, et ces sources continuent à l'être pour les pays en développement. Elles constituent encore environ 80% de la consommation mondiale d'énergie primaire.

Les conséquences sur le climat paraissant encore lointaines, et les avantages économiques et stratégiques des énergies fossiles si importants qu'un espoir est volontiers accepté, celui de la capture et de la séquestration du CO2 (CSC) émis, qui permettrait la poursuite de leur usage en limitant ses dégâts sur le climat.

 

TROISIEME RESSENTI GENERAL : LE NUCLEAIRE SUSCITE UNE CRAINTE DIFFUSE

Il est également aisé de comprendre cette crainte diffuse. Son origine remonte à la prise de conscience de la formidable intensité des forces internes au noyau atomique, révélée d’abord par l'arme nucléaire à la fin de la dernière guerre mondiale, puis par leur application civile à la production d’énergie électrique, où la fission d’un gramme d’uranium fournit la même énergie électrique que la combustion de 2,2 tonnes de charbon.

Il s'y ajoute que le risque induit sur l'homme par les rayonnements ionisants accompagnant sur de très longnes durées de vie les réactions nucléaires reste chargé de mystère dans l’imaginaire populaire, perçu comme encore mal connu puisqu’il continue à faire l’objet de débats d'experts sur la validité de la loi linéaire sans seuil[3] ou l’hormésis[4]. Ce risque est évocateur de conséquences décalées dans le temps telles que cancers, voire mutations génétiques. Le niveau de formation scientifique du public moyen est insuffisant pour lui permettre une évaluation objective de ce type de risque à partir des informations (et désinformations) dont il dispose dans les médias courants.

Comment donc ne pas être réservé vis-à-vis d’une énergie aussi puissante et aussi mystérieuse aux yeux du grand public? Le nucléaire a donc ceci de particulier que sa perception sociale est dominée par son aspect risque, contrairement aux autres sources d'énergie pour lesquelles cet aspect existe depuis longtemps, mais ne fait plus la une des médias.

Il en résulte l'exigence croissante d'une sûreté d'exploitation au plus haut niveau face à tous types d'accidents ou actions humaines envisageables, supérieure à celle exigée d'autres installations industrielles quant à la prévention et la limitation des risques. Les deux grands accidents ayant provoqué des fuites de radioactivité à Tchernobyl en 1986 et Fukushima en 2011 ont réactivé cette exigence, en faisant découvrir au public qu'il n'est pas simple de contrôler un réacteur nucléaire si on ne dispose pas de moyens de refroidissement puissants et redondants dans toutes les circonstances imaginables de catastrophe externe à la centrale (inondation, tremblement de terre, attentat…), y compris après arrêt du fonctionnement du réacteur.

Des incidents tout à faits mineurs, et souvent sans rapport avec la partie nucléaire font l'objet d'une médiatisation extrême frisant parfois le ridicule, comparée au grand nombre d’accidents plus graves touchant d'autres domaines de l’énergie ou d'autres risques industriels, et trop souvent d'une désinformation, suscitant par leur répétition l'angoisse du public.

 

CONSEQUENCE DE CES TROIS CONSTATS: UNE DOXA POPULAIRE MOYENNE S’EST ETABLIE

La doxa moyenne qui résulte de ces trois constats est un mélange de foi un peu bucolique dans les énergies renouvelables, de consentement contradictoire à utiliser tant qu'il sera possible les énergies fossiles faute de mieux, mais peut-être pas si nuisibles au climat si on développe la CSC, et enfin de méfiance, voire un rejet, vis-à-vis des risques de l'énergie nucléaire, jugés hors de commune mesure avec ceux des autres sources d'énergie, et imprévisibles dans leur diversité, dont on doute que la science soit capable de les recenser dans leur totalité.

Les risques annoncés du réchauffement climatique semblent par contre moins préoccupants car plus lointains, et, curieusement, la science, dont le public doute qu'elle soit capable de prévoir et maîtriser tous les risques de l'énergie nucléaire, retrouve ici la confiance de ce même public qui pense volontiers que la science trouvera bien une parade au réchauffement climatique d'ici la fin de ce siècle. Dans leur majorité, les pays sont actuellement plus préoccupés par leur développement économique, leur autonomie énergétique et surtout par les problèmes d'emploi qui conditionnent leur équilibre économique et leur stabilité sociale, ils n'accordent donc pas la priorité à la lutte contre la dérive climatique.

La plupart des pays n'ont pas encore parfaitement intégré le retour d'expérience de l'accident nucléaire de Fukushima, et montrent des hésitations à définir leur politique énergétique :

- Les pays grands émetteurs de CO2 poursuivent l'exploitation des combustibles fossiles dont ils disposent. Ils développent en parallèle l'énergie nucléaire et dont ils estiment les risques raisonnables et développent aussi les énergies renouvelables en complément dans un mix énergétique réduisant un peu les émissions de CO2,

- Certains pays accordent un poids plus grand au troisième terme de cette doxa et  s’orientent vers une réduction (France), voire une exclusion programmée  de la part de l'énergie  nucléaire  dans le mix énergétique (Allemagne, en n'envisageant qu'à beaucoup plus long terme l'abandon des énergies fossiles dont ils disposent sur leur territoire national, choisissent un modèle énergétique contenant un taux de plus en plus élevé d'énergies renouvelables dans le mix énergétique, allant jusqu'à 80 ou 90%).

Une évolution aussi radicale vers une si nouvelle répartition des rôles des différentes sources d’énergie exige d’en évaluer la justification en approfondissant ses fondements sur trois points :

 

1.    Les caractéristiques des EnR permettront- elles une utilisation pour la production électrique aussi massive dans des conditions économiquement et écologiquement acceptables ?

 

2.    Peut-on fermer les yeux sur les conséquences climatiques des énergies fossiles? Est-il réaliste d’espérer réduire rapidement et fortement leur usage? Ou pourra-t-on réduire leur nuisance par captage et stockage du CO2 émis dans un délai acceptable?.

 

3.    Comment se comparent les risques et les avantages des différentes sources d’énergie ? Le refus de l’énergie nucléaire sur la base de ses risques spécifiques est-il fondé sur les faits?

 

C’est ce que nous nous proposons d’analyser dans les pages qui suivent, chacune des parties 1, 2 et 3 essayant de répondre à chacune des trois questions ci-dessus.

Partie 1 : utiliser au maximum LES ENERGIES RENOUVELABLES

 

Qui peut être contre l’idée de développer les énergies renouvelables au maximum ? A priori Personne, mais au maximum de quoi ?

 

1. Les développer au maximum de leur capacité?, abstraction faite de leur coût?

L'image d'éternité des énergies renouvelables donne à penser que leur capacité n'est pas limitée, Mais on ne peut en tirer plus que leur flux naturel multiplié par le rendement des convertisseurs d'énergie utilisés pour leur exploitation.

L'idée que l'énergie du vent et du soleil sont gratuites est souvent ancrée dans l'opinion car il n'y a pas de combustible à payer. Ce raisonnement est trop sommaire, car tout comme le vent, les combustibles fossiles sont un don gratuit de la nature et ne coûtent rien  en eux-mêmes. C’est leur mise en œuvre qui est coûteuse !

 Il est donc important de comprendre que ce n'est pas la ressource qui est coûteuse, mais l'accès à la ressource qui exige des investissements élevés pesant sur le prix du kWh. Il en est de même de toutes les formes d’énergie, mais l’accès aux énergies renouvelables coûte plus cher que pour  les autres (l’exception étant l’énergie hydraulique) parce que ce sont des énergies très diluées. Les lois de la physique imposent qu’extraire une énergie diluée est plus coûteux en investissements (volume de matériaux, complexité, emprise au sol)[5], que pour les énergies fossiles qui sont beaucoup plus concentrées. Aussi, en dépit de la gratuité évidente de l'énergie entrante (vent, courant d'eau, rayonnement solaire), le coût de l’énergie utilisable par le consommateur est plus élevé que celui de l’énergie issue de combustibles fossiles.

Cet investissement est plus réduit en cas d'un usage thermique direct de l'énergie, ce qui est possible pour la biomasse, le solaire et la géothermie, mais pas pour les énergies spontanément mécaniques comme l'éolien et les énergies hydrauliques marines.

En ce qui concerne la production d’énergie sous forme  d’électricité, l’ordre de grandeur de leur coût est en 2012 de l'ordre de 8 c€/kWh électrique produit pour l’éolien  terrestre, de 15 à 25+ pour l’éolien en mer, de 25 à 30 pour le solaire, à comparer à 6 à 7 pour le thermique fossile et 4 à 6 pour le nucléaire existant ou futur. Dans une période de crise économique, la prise en compte des coûts n'est pas une préoccupation secondaire.

Pour se développer, les EnR électriques sont donc subventionnées avec l'espoir que leur développement industriel puisse entraîner une baisse de leurs coûts leur permettant de se rapprocher de la compétitivité avec les autres sources.

 Le problème de la pertinence et de la durée de ces aides se pose : on pourrait souhaiter que les filières qui sont déjà dans leur phase de maturité technique et industrielle et bénéficiant d’un très large marché, comme l’éolien, n’aient plus besoin de ces aides, et que celles comme le solaire qui ont devant elles un large potentiel de développement exigeant encore beaucoup de recherche voient leurs aides porter davantage sur ces recherches plutôt que sur l’installation de panneaux photovoltaïques utilisant les technologies actuelles à faible rendement, le plus souvent importé de Chine,  et encore loin de la compétitivité économique.

Notons aussi que le plafonnement de capacité des EnR n’est pas que d’ordre économique, il est aussi d’ordre sociétal, par la concurrence sur l’occupation des sols, des côtes et des mers, par la conservation des paysages…etc. De ce fait, leur potentiel global est difficile à évaluer avec précision, mais, à la louche, en France où la consommation annuelle d’énergie primaire va être dans cette décennie d’environ 250 à 300 Mtep[6], les potentiels de participation de chacune des EnR pourraient se situer dans les ordres de grandeur ci-dessous :

 

·         biomasse ~ 35 à 45 Mtep (chauffage et biocarburants), soit ~15 % de cette consommation

·         géothermie ~15 Mtep, (pour le chauffage), soit ~5 %

·         solaire thermique ~10 Mtep (eau chaude sanitaire), soit ~3 %

·         éolien à terre ~100 TWh (8,6 Mtep), probablement limité vers 30 TWh par des contraintes environnementales et sociétales, soit ~6 % de la production électrique

·         éolien en mer en phase de lancement, plus difficile à pronostiquer, dépendra de la réduction de son coût, actuellement très élevé, par une industrialisation massive.

·         solaire photovoltaïque actuellement de l'ordre du pour-cent dépendra de son prix. 

 

2. Les développer au maximum de leur possibilité d’insertion dans le réseau électrique ?

Les deux énergies renouvelables qui disposent du plus grand potentiel de développement, l'éolien et le solaire sont des énergies intermittentes.

LES DIVERSES FORMES D’INTERMITTENCE

Les formes d’intermittence de ces deux énergies sont différentes, celle du soleil étant beaucoup plus prévisible (jour/nuit, couverture nuageuse moyenne) de même que sa variabilité journalière assez cohérente avec la demande de mi-journée, et saisonnière à contretemps des besoins; mais de toute manière sa très faible part actuelle dans le mix énergétique (de l’ordre du pourcent) ne fait pas de son intermittence une préoccupation majeure pendant cette décennie.

Par contre, l’intermittence de l’éolien est beaucoup plus préoccupante, car particulièrement élevée comme le montre la figure 1, et mal prévisible. La raison en est qu’une éolienne n’est performante que pour des vents compris entre 40 et 95 km/h, car sa puissance, variant à peu près comme le cube de la vitesse du vent, peut fortement varier en quelques heures, par exemple passer en 6 heures d’un extrême à l’autre (figure 2).

Pour les vents très forts, la puissance est nulle par mise à l’arrêt de sécurité.

Figure 1 Puissance fournie/Puissance installée en France sur un an

 

Figure 2

 

Il en résulte que pour une puissance installée donnée, la puissance moyenne délivrée au long de l’année n’est que 20 à 35% de cette puissance (coefficient de charge).

Cette forte variabilité de l’éolien exige de faire appel à d’autres sources d’énergie en stand-by, généralement thermiques (Allemagne, Espagne, Danemark…), pour remplacer l’éolien défaillant, entraînant une augmentation du coût de l’énergie ainsi produite par ces moyens complémentaires s'ils n'existent pas déjà, ainsi qu’une émission de CO2 qui réduit l’intérêt écologique de l'énergie éolienne si ces moyens sont à créer (turbines à gaz).

Par ailleurs, le réseau étant généralement dimensionné pour la puissance moyenne attendue, le suréquipement de la puissance installée par rapport à cette puissance moyenne (de 3 à 5, inverse du coefficient de charge), génère une surproduction pendant les périodes de bon vent, que le réseau a des difficultés à évacuer, entraînant momentanément des prix de gros négatifs sur les marchés spot, ou dans certains pays des primes à la jachère (arrêt imposé des éoliennes avec compensation financière, en Allemagne, Royaume uni, Canada) ou des surtaxes sur l’éolien excédentaire (Danemark).

La prévisibilité de l’éolien est très liée à la météorologie, assez bonne à 24 heures, ce qui permet d’établir un plan de charge approché. Elle est à peu près nulle à moyen et long terme.  La variabilité à court terme n'est malheureusement qu’assez peu atténuée par le foisonnement qu'on peut espérer dans un réseau couvrant des zones climatiques variées[7].

LES CONTRAINTES RESEAU

Sauf mesures de contrôle de la consommation,la distribution d’électricité n’a pas le droit d’être intermittente. Un réseau électrique doit donc être capable de fournir de l’électricité à tous ses clients, dont la demande n’est prévisible que statistiquement et approximativement par la compilation des consommations antérieurement observées dans les circonstances analogues de saison, date, horaire, et météorologie.

Comme l’électricité ne se stocke pas directement, et que son stockage indirect est coûteux, la  production n'a qu'un droit très limité à l'intermittence, et c'est à elle de s’adapter instantanément à la demande, ce qui exige que le gestionnaire du réseau dispose à tout moment d’une réserve de puissance qu’il puisse mettre très rapidement en service.

Si une part importante de cette production, dite non commandable,  présente une forte variabilité et des intermittences, imposées par la nature des sources, les centrales de production commandables héritent de la responsabilité totale de l’ajustement entre demande variable et production variable. Elles doivent donc disposer de puissants moyens de réaction rapide. Si ces moyens sont insuffisants, l’importance et la rapidité des fluctuations  de l’éolien et du solaire limitent de facto leur contribution à la production d’électricité, qui ne peut être que minoritaire.

 

Quels sont ces moyens ?

-       Dans les premières secondes, ce sont les automatismes de réglage de la puissance délivrée par les turbines qui interviennent en surchargeant momentanément les générateurs déjà en service,

-       Puis; dans les minutes qui suivent, le dispatching appelle les  réserves d'énergie disponibles, soit en modulant la puissace des centrales thermiques en service, soit en mettant très rapidement sur le réseau des turbines à combustion supplémentaires qui étaient en stand-by, soit en faisant appel au stock indirect d’énergie électrique que constituent les grands barrages et les STEP (stations de transfert d’énergie par pompage) qui pompent de l’eau la nuit lorsque les besoins en électricité sont faibles, et la restitue aux heures de pointe, soit encore en transportant de l’énergie électrique sur de longues distances pour mutualiser les sousproductions et les surproductions entre régions plus ou moins éloignées.

-       Enfin, en dernier ressort, en accordant intelligence et autorité au réseau pour lui permettre de couper autoritairement certaines consommations non prioritaires pendant les périodes d'intermittence, ou inversementde couper certaines surproductions en imposant une jachère temporaire à des éoliennes dont la surpuissance momentanée met en péril la stabilité du réseau.

Le moyen le plus largement utilisé est l'appel à des centrales thermiques charbon ou des turbines à gaz pendant les périodes de faible vent. La figure 3 illustre cette pratique en montrant comment s'opère cette compensation en Espagne. Le même exemple pourrait être trouvé dans les autres pays charbonniers (Allemagne, Espagne, Danemark). Lorsque ces centrales thermiques existent et constituent le principal moyen de production électrique (pays ci-dessus), l'éolien permet de réduire partiellement l'appel à ce type de production émetteur de CO2.

 

Figure 3 Compensation de l'éolien par le charbon en Espagne (source F. Livet)

 

Ces nécessaires compensations de la variabilité de l'éolien (et bientôt du solaire photovoltaïque) limitent la part de ces énergies intermittentesà un taux dépendant des moyens disponibles pour secourir le réseau en cas de défaillance des sources (thermique à démarrage rapide, déstockage, importation d'énergie), ou en cas d'excès d'énergie disponible (stockage, exportation d'énergie). Parmi ces moyens ; le stockage d'énergie électrique apparaît le plus important à mettre en œuvre si on veut éviter que la compensation des intermittences des énergies renouvelables ne se fasse au détriment du climat par l'usage d'énergies d'appoint d'origine fossile à créer.

LE STOCKAGE

Le stockage de l'énergie électrique, qui permettrait de ne pas gaspiller l'énergie fatale des EnR, en excès pendant les périodes de fort vent et de demande insuffisante, et de la transférer aux heures de pointe sans faire appel aux énergies thermiques fossiles émettrices de CO2,  est la condition nécessaire à un large développement des énergies intermittentes. '

C'est notamment la conclusion d'une étude assez complète de cette question de l'intermittence, menée par le Boston Consulting Group (BCG) en mars 2010.

Extrait : " Bien que des moyens comme le démarrage ou l'effacement rapide des moyens classiques de soutien, généralement thermiques émetteurs de CO2, qu’un certain contrôle de la demande par compteurs intelligents puisse se développer, qu’une compensation interrégionale par investissement dans un super-réseau puisse voir le jour, ces mesures ne suffiront pas, car l'importance des fluctuations résultant d'une insertion croissante de sources intermittentes exigera la mise en place de moyens de stockages à l'échelle de ces fluctuations ". " Un des enjeux essentiels du "mix énergétique" du futur résidera donc dans la capacité du réseau à stocker l'électricité, et les promoteurs des énergies renouvelables sont à la recherche désespérée de moyens de stockage de l'électricité "

Les paramètres principaux structurant le coût du kWh stocké et l'intérêt global du stockage  sont la capacité du stockage, sa durée d'utilisation possible (quotidienne ou saisonnière), son cout d'investissement et son rendement

 

Quels sont les moyens de stockage (indirect) de l'électricité?

Nous ne retiendrons ici que les quatre principaux capables d'assister un réseau dans le présent ou un avenir pas trop lointain. Ces moyens présentent des capacités, des coûts, des performances et des degrés de maturité différents.

- Le plus connu et le plus puissant est le stockage d'eau en altitude par pompage nocturne et turbinage aux heures de pointe, ce sont les STEP (stations de transfert d'énergie par pompage). La technologie est tout à fait mature, leur coût, variable selon les sites, est de quelques c€/kWh stocké. Les pays développés en sont déjà largement pourvus (environ 300 dans le monde, correspondant à 140000 MW). C'est ce type de stockage qui permet actuellement au Danemark d'exploiter un niveau élevé d'éolien en utilisant par son interconnexion les importants moyens de stockage hydraulique de la Norvège (figure 4)

Figure 4 Stockage exporté du Danemark (source F. Livet)

 

Mais la capacité globale de stockage n'est pas à l'échelle des besoins futurs de compensation si le pourcentage de sources intermittentes atteint les valeurs envisagées dans les scénarios allemands. Les possibilités d'équipements supplémentaires sont limitées par le relief et l'occupation humaine des sols. En Grande Bretagne où il est envisagé d'installer 33 GW d'éolien, une absence de vent d'une semaine exigerait de disposer de 1200 GWh de STEP soit 40 fois plus que ce qui existe aujourd’hui. En Europe, pour stocker une semaine de la production actuelle d'éolien, il faudrait à peu près 2500 GWh, pour probablement environ 100 GWh actuellement.

Une idée développée par François Lempérière est de créer de telles stations en mer (STEM) en y construisant des îles ou des presqu'îles permettant des dénivelés de l'ordre de 80 mètres se fondant dans le paysage; cette idée est à affiner. On peut craindre que les turbines-pompes et alternateurs fonctionnant sous ces chutes relativement faibles soient très coûteux, alors que les STEP terrestres classiques exploitent des chutes plus économiques de plusieurs centaines de mètres.

- Un stockage de même nature mécanique, mais utilisant de l'air comprimé dans une caverne souterraine, a fait l'objet de quelques développements à moindre échelle, c'est le CAES (compressed air electricity storage) qui n'exige ni relief ni eau, donc susceptible d'une plus large gamme géographique d'applications. Deux installations seulement sont en service dans le monde, en Allemagne (Huntorf) et aux Etats-Unis en Alabama. Si l'air comprimé peut être utilisé pour alimenter directement une turbine à gaz dont les 2/3 de la puissance sont habituellement consommés par le compresseur monté sur son arbre, ce procédé permet de bénéficier de la pleine puissance de la turbine à gaz en heure de pointe, au lieu de 1/3 seulement, ce qui équivaut à un déplacement de ce supplément d'énergie produite, des heures de pointes aux heures creuses, comme le font les STEP. Mais la chaleur de compression de l'air stocké est perdue, et le rendement global du stockage est limité à environ 55% au lieu de 70% pour les STEP. Le développement d'un A-CAES (A=adiabatique) à meilleur rendement est en cours, où la chaleur de compression serait partiellement récupérée en compensant le refroidissement de la détente finale. Une installation pilote est attendue vers 2013 et un développement industriel pourrait voir le jour vers 2025.

Ce type de stockage semble toutefois encore moins à l’échelle des besoins que les STEP, et l’importance et le coût des travaux souterrains à réaliser pour stocker 2500 GWh serait à évaluer.

- Un autre moyen de stockage pour des puissances et des capacité plus modestes est le stockage chimique par accumulateur électrique (batterie). C'est le système de stockage qui atteint le meilleur rendement (~80%). Pour les applications stationnaires, les filières sodium-soufre et vanadium redox (VRBs) ont un potentiel intéressant pour les moyennes puissances et capacités. Le problème majeur est le prix de ce type de stockage qui reste élevé. Le BCG attend une baisse de prix de l'ordre de 30% dans les 10 ans, avec moins de 2000€ par kW, soit ~300 € par kWh de capacité pour le système complet.

Une idée qui accompagne actuellement le développement du véhicule électrique est que lorsque le parc de véhicules deviendra important, il pourrait jouer un rôle favorable à une plus large acceptation des énergies intermittentes, d'une part par la recharge nocturne des batteries qui atténuera l'écart de consommation diurne et nocturne, d'autre part par l'utilisation éventuelle des batteries de la partie du parc à l'arrêt comme soutien au réseau aux heures de plus forte demande en journée et en soirée, à partir des parkings de travail en journée et des garages individuels en soirée.

Cette idée mérite d'être fouillée, car la capacité d'assistance au réseau n'est effectivement pas négligeable: dans l'hypothèse d'un parc de 10 millions de véhicules électriques stockant chacun 10KWh, cela fait 100GWh (la plus grande STEP française de Granmaison stocke environ 20 GWh), ce qui serait un apport appréciable à la couverture de la pointe française de l'ordre de 100 GW, mais au prix d'une grande complexité. Et on ne peut oublier les obstacles psychologiques qui risquent de freiner le développement de ce moyen de stockage, le conducteur qui rentre chez lui en grande banlieue après sa journée de travail, sa batterie rechargée au parking, arrivera avec une batterie partiellement vidée et hésitera peut-être à mettre sa charge résiduelle à la disposition du réseau, alors qu'il ne pourra la remettre en charge qu'après minuit. Par ailleurs, si une batterie neuve ne peut supporter qu'environ 1000 cycles au cours de sa vie comme actuellement, cela signifie que chaque recharge paie un droit d'entrée égal au millième du prix de la batterie; si une batterie de véhicule électrique coûte 7500€, une décharge sur réseau  va coûter à son propriétaire 7,5€ de droit d'entrée pour une décharge de 10kWh, ce qui met le kWh apporté au réseau à 75 c€.

Ces considérations conduisent à envisager plutôt l'emploi de batteries en fin de vie, dévalorisées par leur aptitude réduite à la traction électrique, mais encore capable de servir de stockage pour secours réseau avec des performances certes réduites, mais bénéficiant d'un coût marginal.

On en arrive au constat bien connu que l'avenir du stockage par batterie repose sur deux progrès essentiels qui restent à faire, baisser considérablement le coût, et augmenter sensiblement la capacité par unité de masse et la tolérance au cyclage. Les accumulateurs à ion-lithium ont envahi le marché de l'électronique portable. Mais pour gagner les applications de réseau et le marché des véhicules électriques, il reste beaucoup de chemin à parcourir. Il faudra multiplier leur capacité de stockage par environ quinze pour égaler celle de l'essence, malgré le faible rendement des moteurs thermiques actuels.

Le quatrième moyen de stockage,l'hydrogène, a soulevé beaucoup  d'enthousiasme chez certains qui sont allés jusqu'à parler comme Jeremy Rifkin de l'avènement d'une civilisation de l'hydrogène, mais c'est à coup sûr le moyen le plus lointain. L'idée générale est d'utiliser l'électricité en excès pour produire par électrolyse de l'hydrogène que l'on stocke et que l'on brûle ensuite sans émission autre que de l'eau,. On peut imaginer que de grands stockages souterrains permettraient une compensation saisonnière des consommations car la même caverne peut contenir 65 fois plus d'énergie remplie d'hydrogène que remplie d'air comprimé comme dans les CAES. Mais les obstacles à lever sont le rendement qui est le plus faible parmi tous les moyens de stockage, un coût élevé, et un très net manque de maturité de la technologie des piles à combustibles pour des applications industrielles banalisées. Une préoccupation importante sera l'acceptation publique de stockages d'un gaz explosif s'il est mis en présence air.

 D'autres formes d'utilisation de l'hydrogène pour un stockage d'énergie sont envisagées par sa transformation en méthane par réaction sur le CO2,,voire en méthanol. Toutes ces solutions sont embryonnaires et demandent à être approfondies et chiffrées avec réalisme.

 

LE SUPER – RESEAU

Quels sont les moyens autres que le stockage pour intégrer une forte intermittence ?

Les moyens de stockage supplémentaires à créer coûtant très cher, une réflexion s'est engagée sur la possibilité d'accepter une part croissante d'énergies intermittentes en ayant simplement recours à une mutualisation immédiate des défaillances et des surcapacités par la construction d'un super-réseau THT pouvant transporter sur de longues distances intra-européennes, voire étendues à l'Afrique du nord, pour équilibrer les productions intermittentes propres au nord (hydraulique et vent) et celles propres au sud (soleil et vent).

Le projet le plus populaire est Désertec, exploitant le solaire de l'Afrique du nord pour alimenter l'Europe. Que devient le souci d'indépendance énergétique de l'Europe si elle doit dépendre du soleil du sud de la Méditerranée?

Un projet plus modeste (figure 5) se limite à équilibrer le nord et le sud de l'Europe. On y voit que les puissances échangeables doivent croître de manière considérable, par exemple la liaison France-Espagne qui n'est en 2012 que de ~1 GW, va passer à ~2 GW avec l'extension actuellement en cours, devrait être multipliée non plus par 2, mais par environ 40.

L'investissement correspondant à un "Super Grid" peut être évalué à environ 500 milliards €.

 

Figure 5 Le super réseau européen (Présentation M. Dürr 13/10/2010 à Bruxelles)

 

Alors ? Est-il possible d’accepter des niveaux élevés d’intermittence liés à un pourcentage élevé d'énergies renouvelables dans la production d'électricité?

On ne voit pas comment réaliser les gigantesques stockages qui seraient nécessaires pour aller vers des scénarios à 80% d'énergies renouvelables dont la plus grande part seraient intermittentes.

Lorsqu'on songe aux difficultés sociétales rencontrées pour implanter la moindre nouvelle ligne haute tension, on imagine mal la construction d'un super-réseau plusieurs fois plus puissant que celui qui existe. S'il faut enterrer les lignes, l'investissement fait un bond.

Le problème de l'intermittence accompagnant les nouvelles énergies renouvelables que sont l'éolien et le solaire a donc été sous-estimé. La perception bucolique initiale des énergies solaire et éolienne comme des énergies douces et décentralisées, porteuses d'une autonomie "à l'australienne" (car en Australie beaucoup de fermes isolées fonctionnent effectivement sur ce schéma), avec chacun son panneau solaire sur le toit et l'éolienne à côté pour sa consommation personnelle, s'est totalement effacée. On ne peut en effet plus parler d'énergie décentralisée, déjà actuellement pour l'éolien qui se transforme en fermes d'éoliennes à terre et surtout en mer, groupées principalement dans les zones géographiques venteuses de l'Europe du nord et dans le sud de l'Espagne et au Maroc, dont il faut exporter l'énergie en excès pendant les périodes de forte production, et qu'il faut ravitailler en électricité pendant les périodes de hautes pressions sans vent, ce qui exige un énorme renforcement des lignes intra-européennes de transport à très haute tension.

 

Cette disparition de l'idée d'énergie décentralisée gagne progressivement le domaine du solaire, qui aurait pu être un modèle d'énergie décentralisée avec des panneaux solaires photovoltaïques (PV) et thermiques contribuant par autoconsommation à alléger la consommation d'énergie importée du réseau d'électricité ou de gaz, mais comme nous ne sommes pas en Australie et que le réseau EDF n'est jamais loin, c'est un solaire PV connecté au réseau qui s'est développé, évitant au possesseur d'un panneau PV les ennuis de l'intermittence en lui permettant de puiser sur le réseau sans le recours à des batteries lorsque le soleil fait défaut.

Mais les incitations financières au développement du solaire PV ont été d'emblée si élevées qu'il est devenu plus profitable pour le particulier de revendre toute son énergie PV à EDF à 60 c€/kWh plutôt que de la consommer, et de continuer à acheter à EDF sa propre consommation à un tarif 4 ou 5 fois moins cher, à charge pour le gestionnaire de réseau de transporter et distribuer cette énergie PV intermittente délocalisée et revendue à perte, et à charge pour le consommateur lambda de payer la différence à travers la CSPE[8] car le surcoût généré par l’achat de l’électricité photovoltaïque va peser de plus en plus sur les consommateurs domestiques alors que les bénéfices seront captés par les citoyens aisés, propriétaires de leurs villas et par les investisseurs financiers.

 

Ce problème émerge au fur et à mesure que le taux d'énergies intermittentes dans le bouquet énergétique atteint un niveau révélateur. Sauf modification profonde des écarts de tarifs entre heures de pointe et heures de nuit, la logique des marchés financiers ne permettra pas d'investir suffisamment dans des moyens de stockage. Des incitations financières des gouvernements seront nécessaires s'ils veulent atteindre les objectifs de réduction des émissions de GES qu'ils se sont fixés au moyen d'une part très élevée d'énergies intermittentes dans le mix énergétique.

 

Si on cherche à comprendre l'origine de ces scénarios énergétiques basés essentiellement sur des énergies intermittentes, on la trouve dans les pays charbonniers comme l’Allemagne et l’Espagne qui ont fait le choix de l’éolien et du solaire parce qu’ils s’étaient contraints à conserver pour longtemps leur charbon national garant d'indépendance énergétique comme combustible principal pour produire leur électricité, et en ce qui concerne l'Allemagne parce qu’elle a retenu l’option politique de sortie du nucléaire.

Comment en effet résoudre le problème du développement énergétique avec les deux contraintes de réduire les émissions de CO2 pour des raisons climatiques, et de ne pas utiliser l'énergie nucléaire par choix politique dans un contexte où, sauf contrainte volontariste ou de crise, la part électrique a de fortes chances de croître par ses applications nouvelles (pompes à chaleur, voitures électriques, production de biocarburants…)? Que reste-t-il d'autre que les énergies renouvelables[9], et comme parmi elles l'hydraulique est presque saturée dans les pays développés et que la biomasse a peu de vocation à produire de l'énergie électrique, il ne reste en gros que l'éolien et le solaire, tous deux intermittents.

PARTIE 2 : POURRA-T-ON "VERDIR" LES ENERGIES FOSSILES 

 

Le besoin de les "verdir" pour les rendre plus acceptables n'est pas flagrant tant que la pénalisation des émissions de CO2 reste faible. Jusqu'à maintenant, ce "verdissement" est le plus généralement recherché par trois voies :

·         Une augmentation du rendement des nouvelles centrales, utilisant des températures et pressions de vapeur plus élevées, dont le rendement du cycle de Carnot est accru, permettant d'extraire plus d'énergie électrique de la même quantité d'énergie thermique, donc avec moins d'émission de CO2 par kWh.

·         Le remplacement du charbon par le gaz, moins émetteur,  dans les réhabilitations de centrales à charbon.

·         L'utilisation des cycles combinés à gaz pour les nouvelles centrales, faisant un saut de rendement de la plage 40/45% à la plage 55/60%.

Pour le futur, ce "verdissement" signifie aussi: pourra-t-on capter et stocker le CO2 émis par la combustion de ces énergies?

Les émissions diffuses: essentiellement celles des transports utilisant des moteurs thermiques, et du chauffage domestique, les deux consommant des combustibles fossiles. Pour ces deux secteurs, on ne peut guère espérer capter le CO2 de si nombreuses petites sources aussi dispersées, et pour beaucoup d’entre elles, mobiles[10].

          Les efforts de réduction des émissions portent donc sur le développement de moyens de chauffage moins émetteurs de CO2 (biomasse, solaire, géothermie assistéepar pompe à chaleur) et le remplacement à terme des carburants pétroliers par des vecteurs d’énergie moins émetteurs (biocarburants, électricité et hydrogène produit hors combustbles fossiles).

Les émissions concentrées: essentiellement celles des  grandes centrales électriques brûlant des combustibles fossiles, principalement du charbon. Ces grands émetteurs qui, en Europe, font partie du système européen de permis d’émission ETS (emission trading system) sont soumis à des quotas d’émission décroissants.

Pour ce secteur clé de l’économie, où l’on n’aperçoit pas de possibilité de remplacement rapide du combustible fossile (plus de 60 % de l’électricité mondiale est produite à partir de ce type de combustible), l’idée de capter le CO2 émis par ces centrales et de le stocker (CSC capture et stockage du carbone) de manière durable et sûre est à l'ordre du jour depuis une vingtaine d'années[11].

Une réduction significative des émissions de CO2ne pourra donc être obtenue que si on réussit à généraliser au plus vite le CSC, permettant de conserver le charbon et le gaz comme sources essentielles d’énergie pour produire principalement de l’électricité, mais peut-être aussi du carburant liquide par CTL (coal to liquid) ou de l’hydrogène.

Cette perspective sur la durée encore longue de notre dépendance vis-à-vis de ces sources fossiles conduit à une obligation de réussite du CSC. Il apparaît  alors le risque que cet impératif de réussite se transforme en croyance optimiste sur sa possibilité et sur les délais de son développement.

-       Entre ces deux classes extrêmes d’émetteurs se situent quelques industries moyennement émettrices de CO2.En attendant que ces espoirs se précisent, les industriels émetteurs ne comptent pas sur le CSC trop lointain et réduisent leurs émissions de manière déjà significative par des modifications de leurs procédés industriels en ce qui concerne les sidérurgistes et les cimentiers, et par des augmentations de rendement du cycle thermodynamique de la vapeur en ce qui concerne les centrales électriques.

 

1.  Points durs du développement du CSC

Sur le plan économique, le CSC aurait une chance de se développer massivement si une pénalisation des émissions (que ce soit par le marché ETS, par taxation ou par réduction autoritaire) pouvait conduire le cours du CO2 à un niveau qui puisse le justifier, supérieur à 50 €/tCO2[12] dès 2030 et d'au moins 85€/tCO2 en 2050, alors que depuis 2005 où le marché européen des droits d'émission a été mis en place, il a présenté, par suite de ses défauts de jeunesse, des prix du CO2 erratiques et très en dessous de ces seuils.  Avant d'atteindre ces seuils, nous sommes dans une phase préparatoire où se décantent les filières de capture et où s'expérimentent des pilotes de stockage.

On connaît les points durs du développement du CSC.

Le captage est coûteux en investissement et surtout en perte de rendement actuellement estimée à environ 25 à 30% par la consommation énergétique des auxiliaires de captage. Le rendement des centrales les plus modernes chuteraient alors de ~45% à ~35%, régressant alors, au milieu du XXI^ème siècle, au niveau de la moyenne mondiale de la fin du XX^ème siècle. Un enjeu technologique important est de réduire la perte de rendement entraînée par le captage.

Le stockage est moins coûteux que le captage. La réalisation des stockages et le transport jusqu’aux stockages nécessitent une énergie dont il faut tenir compte dans la perte de rendement global. Des réalisations pilotes sont en exploitation depuis plusieurs années : à Sleipner en Mer du Nord, à Weiburn au Canada, à In Salah en Algérie, on stocke dans chacun de ces sites environ 1 MtCO2/an, depuis près de 20 ans pour Sleipner, mais pour réduire seulement de 20% les émissions mondiales annuelles (30 GtCO2/an), il faudrait l'équivalent de  6000 "Sleipner". La faisabilité technique et l'acceptation sociétale du CSC ne sont pas acquises, l'étanchéité des sites n'étant pas démontrée[13], compte tenu de l'acidification du milieu en présence d'eau pouvant initier des fissurations[14]  ; par ailleurs, les problèmes juridiques restent à clarifier.

Le coût global du CSC, actuellement de l'ordre de 75 €/tCO2 devrait tomber à moins de 50 avant 2020 pour rejoindre  le prix du marché du CO2 dont on espère qu'il atteindra ce niveau dans les années 2020/2030. Des objectifs à long terme plus ambitieux, de 20 €/tCO2 en Europe et de US$10/t CO₂ aux Etats-Unis (DOE) sont visés, qui permettraient d'accélérer la conversion vers le CSC.

Au cours de la période actuelle de décantation des filières de capture et d'expérimentation de pilotes de stockage, certaines tendances se manifestent :

Parmi les diverses variantes étudiées pour le captage, le marché de mise à niveau des centrales récentes à bon rendement favorise le captage postcombustion qui est le seul pouvant être implanté sur des centrales existantes, alors que pour les centrales en projet, l’oxycombustion ou le captage précombustion permettant la séparation de l’hydrogène et de l’oxyde de carbone sont considérées par certains comme les technologies d’avenir, l’IGCC (Integrated gasification combined cycle) pouvant être associé à la poly-génération électricité-hydrogène+captageCO2, au développement des biocarburants de seconde génération, à la production de pétrole ex charbon. Mais on notera que de telles installations, fort complexes, se prêtent très mal aux variations de charge.

Le taux de captage de CO2 attendu de toutes ces filières est de l’ordre de 90%; lorsqu’on compte l’augmentation de la consommation de charbon due au procédé et les émissions diffuses de CO2 lors du transport du charbon, le CSC doit permettre de diviser par 4 ou 5, et non par 10, les rejets de CO2, soit un rendement effectif de 75 à 80 %.

On doit enfin noter qu'une publication du 15 juin 2012 de l'académie nationale américaine des sciences  (info AFP du 19 juin 2012) conclut que la séquestration géologique massive du CO2 sous pression peut potentiellement induire des tremblements de terre importants. Les experts géologues pensent que ce risque est limité à des régions déjà fortement sismiques.

 

2. Le point sur le développement du CSC dans le monde

Tous les grands pays charbonniers prennent conscience de la nécessité de développer le CSC s’ils veulent continuer à exploiter leur ressource. Un objectif affiché était de parvenir un déploiement industriel vers 2020. La quasi-totalité des initiatives est répertoriée par l’IEA GHG (International energy agency greenhouse gases) qui publie sur son site[15]et sur celui du CSLF[16](carbon sequestration leadership forum) les nouvelles concernant leur évolution.

Si le captage et la partie sécurité du stockage sont entre les mains des industriels multinationaux et des instituts de recherche, l’inventaire des capacités de stockage est mené par les nations qui ont besoin de se doter de ces capacités, et élaborent des atlas des possibilités souterraines. Plus de 90 % des capacitésmondiales de stockage se situent dans les aquifères salins profonds.

Parmi les nombreux rapports et articles sur le CSC figurant dans les revues spécialisées et sur Internet, le plus synthétique d’entre eux semble être le rapport Mc Kinsey «carbon capture and storage, assessing the economics», du 22/09/2008 qui reste une bonne synthèse de l’ensemble de la question. Il estime que c’est environ 3,6 GT/an que l’on pourrait stocker en 2030 au niveau mondial dont 0,4 en Europe (soit environ 20% de la réduction d’émissions souhaitée par Bruxelles en 2030). Atteindre cet objectif nécessitera le déploiement en Europe de 80 à 120 sites de captage et stockage à échelle commerciale.

À quel prix pourra-t-on développer le CSC ? Selon Mc Kinsey, le coût pourrait se situer entre 30 et 45 €/tCO2 en 2030. Ce prix rendrait les installations rentables pour un prix du CO2 anticipé par de nombreux instituts entre 30 et 50 euros à cette échéance (même si des experts le voient à un niveau bien supérieur) fourchette qui va de pair avec l’hypothèse où l’on adopterait des politiques « facteur 4 » partout dans le monde développé.

D’après le «global CCS institute» (créé en 2009 par l’Australie et auquel ont adhéré 20 gouvernements et 80 grandes compagnies) 238 projets plus ou moins avancés de CSC existaient dans le monde en avril 2010, dont 80 à grande échelle (> 1 Mt CO2/an pour le charbon, > 0,5 Mt CO2/an pour le gaz), dont 9 opérationnels.

L’IEA a publié en janvier 2010 une « roadmap » du CSC mondial, évoquant la nécessité de 100 installations d’ici 2020 et d’environ 3 000 d’ici 2050, impliquant un niveau d’investissements de l’ordre de 2 500 à 3 000 milliards de dollars de 2010 à 2050.

 

La CSC apportera tardivement sa contribution mais il ne semble donc pas être une bouée de sauvetage des énergies fossiles permettant de faire face au risque climatique dans un délai suffisamment proche.

PARTIE 3 : LES RISQUES COMPARES DES DIFFERENTES ENERGIES.

LE REJET DE L'ENERGIE NUCLEAIRE EST-IL JUSTIFIE  AU REGARD DES FA ITS?

 

Un impératif de rigueur intellectuelle et d'éthique s'impose alors : C'est dans le contexte global décrit dans les parties 1 et 2 que l'on doit s'astreindre à analyser si l'on doit ou non continuer à utiliser et/ou développer l'énergie nucléaire.

Le risque pour la santé publique, et les conséquences environnementales,  que Fukushima vient de faire monter au premier rang des préoccupations. Il est bien clair que le développement de l'énergie nucléaire présente des risques, mais on doit constater que toutes les autres sources d'énergie présentent également des risques, et la question est de comparer ces risques puisque qu'aucune source d'énergie n'en est exempte :

La Commission européenne, dans son analyse "Extern'E" tient à jour une évaluation des externalités - conséquences externes négatives - des diverses sources d'énergie. On y lit que le charbon est de loin la source d'énergie porteuse du risque le plus élevé pour la santé et l'environnement, le pétrole venant en second, puis le gaz, et le nucléaire en dernier.

 L'AIE (agence internationale de l'énergie) aboutit au même classement.

Selon l'OCDE, de 1970 à 2000, 41000 personnes sont décédées dans les mines de charbon. Rien qu'en Chine en 2010, officiellement 1400 morts dans les mines de charbon,  chiffre sous-évalué par une comptabilité douteuse des petites mines privées. Cependant, la mortalité la plus importante dans les mines n’est pas celle due à ces accidents, mais celle due aux maladies liées à l'usage du charbon; à l’échelle mondiale, cette mortalité est de l’ordre de 500 000 morts chaque année[17], principalement à cause de la silicose. La mortalité dans les mines est en Europe bien plus faible qu’en Chine, mais la mortalité due à la pollution atmosphérique par les installations industrielles utilisatrices de charbon, en particulier les centrales électriques, reste importante : Les estimations actuelles pour l’Europe des 27 sont d’environ 30000 morts par an, dont 10000 en Allemagne et 1000 en France.

Le charbon continue pourtant sa croissance mondiale et on ne voit pas de manifestants dans les rues contre les centrales thermiques. Les médias européens sont étonnamment discrets sur ce sujet, et l'Allemagne écologiste continue à produire la moitié de son électricité avec le charbon.

Hors santé publique, l'extraction du charbon provoque de graves atteintes à l'environnement, en particulier quand les exploitations se font à ciel ouvert. Les surfaces concernées sont considérables; pour ne parler que des pays européens, rien qu’en Allemagne 1500 km2 environ ont déjà été bouleversés pour y exploiter le lignite, et 10000 km2 seront menacés dans l’avenir. Plus de 100000 personnes ont été déplacées et leurs habitations détruites¹².

Nous n'évoquons que le charbon parmi les énergies fossiles, mais chacun a présent à l'esprit  les marées noires du pétrole et les explosions du gaz. Nous n'évoquerons pas ici les polémiques sur les risques des gaz de schistes qui sont largement abordés dans d'autres communications.

Les énergies renouvelables ne sont pas en reste,

-       en 1975, la rupture du barrage de Bianqiao en Chine a tué 30.000 personnes, et 140.000 autres personnes sont ensuite décédées d'épidémie consécutive, 11 millions de personnes ont perdu leur maison.

-       En 2009, la rupture d'une turbine dans la plus grande centrale hydro-électrique russe de Saïano-Chuchenskaya sur l'Ienisseï a noyé la centrale et fait environ 70 morts et une forte pollution de l'Ienisseï.

Ces deux  accidents majeurs parmi beaucoup d'autres n'ont pas arrêté le développement des centrales hydro-électriques, et la construction récente du plus grand barrage du monde aux "Trois Gorges". en Chine vient de montrer le choix fait entre les risques connus dans le passé d'inondations périodiques dévastatrices et les dégâts socio-environnementaux d'un déplacement de population de 1,4 million de personnes dont les villages ont été détruits, et de 100000 autres à suivre dans les prochaines années suite aux glissements de terrain observés depuis la mise en eau du barrage.

Dans le domaine industriel hors énergie, on peut établir un constat analogue:

-       En 1984, la catastrophe chimique de Bhopal en Inde, avec ses milliers de morts n'a pas condamné l'industrie chimique.

-       Les particules fines respirées, les oxydes d’azote, l’ozone photochimique des combustions de pétrole, de gaz et de charbon seraient responsables en Europe de 250000 morts par an ; on n’arrête pas les voitures ni les centrales électriques ni la cuisine au gaz !

-       1,6 million de morts prématurées par an dans le monde seraient dues à la cuisson des aliments à partir de biomasse dans les pays en développement.

-       Des avions tombent de temps en temps, cela n’a pas condamné l’industrie aéronautique qui ne s'est jamais développée aussi fortement, mais chaque accident est soigneusement analysé pour accroître la fiabilité des nouveaux avions et diminuer le nombre d’accidents dus à des erreurs humaines.

En comparaison, l'énergie nucléaire civile, développée depuis un demi-siècle, a causé une dizaine d'accidents mortels dans des laboratoires de recherche, et trois accidents majeurs (avec fusion plus ou moins importante du cœur) de centrales ont marqué les esprits: Three Mile Island aux USA en 1979, qui n'a fait aucune victime, Tchernobyl en 1986, dont le bilan humain est rappelé plus loin, et Fukushima Daiichi, détruite en mars 2011 par un tsunami de puissance exceptionnelle qui a tué plus de 20.000 personnes dont aucune à ce jour par la radioactivité.

 

Fukushima Daiichi Mars 2011: cet accident étant à l'origine du réveil des peurs du nucléaire, mérite d'en retracer le déroulement et le contexte:

·         Tchernobyl datait de 25 ans, et rien de grave ne s'était passé depuis dans le monde des centrales nucléaires. Après des évaluations largement exagérées des dégâts humains de cette catastrophe, évoquant des centaines de milliers de morts assurés, les enquêtes approfondies de l'ONU à travers l'UNSCEAR[18] régulièrement mises à jour[19], ont ramené les évaluations fantaisistes initiales  à moins de 100 morts[20] , et à une possibilité de décès prématurés attribuables à l'accident pouvant atteindre 4000[21] dans une hypothèse de calcul extrêmement pessimiste de plus en plus contestée par le milieu scientifique.

L'intensité et l'envergure de la dispersion de produits radioactifs avaient clairement été expliquées par la conception du réacteur RBMK ne possédant pas d'enceinte de confinement, contrairement aux prescriptions occidentales de l’époque, et probablement par l'incendie pendant 10 jours du graphite servant de modérateur.

Les causes immédiates de cet accident avaient été clairement expliquées par l'imprudence des opérateurs profitant d'un arrêt programmé du réacteur pour conduire un essai spécial d’alimentation électrique par l’alternateur principal en phase de ralentissement, en désactivant certaines protections de sécurité, et alors que le réacteur se trouvait dans une configuration particulièrement instable[22].

 

Aucune de ces causes ne se retrouvaient dans la conception et les règles rigoureuses d'exploitation des réacteurs occidentaux. C'était assez rassurant.

 

·         Et voilà que 25 ans plus tard, le 11 mars 2011 survient un nouvel accident nucléaire à la centrale de Fukushima Daiichi, dans un pays réputé pour sa technologie, son ordre et sa discipline.Mais cette fois, la cause est un tremblement de terre d'un niveau 9 jamais encore observé au Japon (niveau 10 relevé au Chili), initiateur d'un gigantesque tsunami. La centrale 1 (4 réacteurs BWR en service depuis 40 ans pour G1, 33 à 37 ans pour les trois autres) a convenablement résisté au séisme, avec arrêt automatique des unités en service; les diesels de secours ont correctement démarré pour alimenter les pompes de refroidissement du cœur, puis le tsunami est arrivé à la côte une heure plus tard, submergeant largement le mur anti-tsunami de 6,5 mètres qui n'était pas prévu pour une vague d'une hauteur de l'ordre de 14 mètres, noyant tous les équipements auxiliaires de la centrale, moteurs des pompes, appareillage d'alimentation, diesels de secours, privant les réacteurs et les piscines de stockage des combustibles usés de tout moyen de refroidissement. Le réseau électrique ayant été par ailleurs détruit par le tremblement de terre  la centrale s'est trouvée sans aucune source d'électricité pour alimenter quelque moyen de secours que ce soit.

La conséquence de la perte durable des moyens de refroidissement fut l'échauffement du combustible, une montée en température et en pression des cuves des trois réacteurs en service ainsi que l'échauffement des piscines. Certes l’interruption de la réaction nucléaire par l’insertion des barres de contrôle dès la survenue du tremblement de terre a fortement réduit la production de chaleur du réacteur, mais la radioactivité résiduelle des produits de fission en maintient une fraction d'environ 7% à la chute des barres, décroissant très rapidement (2% 1 minute après) avec la décroissance de ces PF en quelques semaines, obligeant à mettre en œuvre des moyens externes de refroidissement peu efficaces (arrosage par les pompiers), puis à injecter de l’eau de mer dans les réacteurs. L’échauffement du combustible conduit à une fusion partielle des gaines en zirconium, oxydé par la vapeur d’eau et dégageant de grandes quantités d’hydrogène. L’augmentation de la pression dans les cuves des réacteurs, puis dans les enceintes de confinement a alors contraint l'exploitant à décomprimer les enceintes, relâchant alors un mélange de vapeur, de produits radioactifs volatils (essentiellement iode 131 et césium 137), et d’hydrogène occasionnant plusieurs explosions destructrices des structures légères du toit, et l’envoi dans l’atmosphère de plusieurs bouffées de produits radioactifs. Auparavant, les autorités avaient fait évacuer les populations dans un rayon de 10 km, puis 20 km (~80000 personnes), et confiné jusqu’à 30 km. L'arrosage à l'eau de mer par les pompiers et l’envoi d’eau de mer dans les cuves ont provoqué l’entraînement de radioactivité par ruissellement de cette eau contaminée dans les parties basses de la centrale, et des fuites d'eau contaminée vers l'océan voisin.

Pour la plupart des médias, la catastrophe de la centrale nucléaire efface le cataclysme du tsunami et ses 20000 morts, le public est anesthésié, la réaction dominante est émotionnelle: Ne nous parlez plus de réchauffement planétaire vers la fin du siècle, le nucléaire, voilà un problème actuel, il y a eu Tchernobyl, il y a maintenant Fukushima, il y en aura fatalement d'autres, car Messieurs les ingénieurs, vous ne pourrez jamais tout prévoir. Avec ces produits radioactifs qui vont tourner autour de la planète et retomber un peu partout, occasionnant cancers, leucémies, anomalies génétiques, ces terres stérilisées pour des générations. Déjà il y avait cette question des déchets radioactifs à longue durée de vie dont il faudra se débarrasser on ne sait trop comment, non, trop c'est trop, le plus simple et le plus populaire est de sortir du nucléaire.

 Voilà la réaction émotionnelle compréhensible manifestée par beaucoup de nos concitoyens après la catastrophe de Fukushima Daiichi.

Soufflons un peu, et tentons d'utiliser notre pensée rationnelle pour poursuivre l'analyse et examiner objectivement la suite des événements:

Quelques jours après l’accident, la restauration d'une ligne électrique détruite par le tremblement de terre permet la reprise progressive de la connaissance des températures et pressions par l'alimentation des capteurs, mais beaucoup de ces capteurs sont défaillants; l'eau radioactive accumulée dans les points bas gène les travaux et doit être évacuée. Après évaluation, décision est prise de l'évacuer dans le pacifique (l'iode 131 le plus radioactif de la contamination ayant une demi-vie d'une semaine, il n'en reste que 1/1000 au bout de 10 semaines, et l'océan étant très profond à courte distance de la côte, la dispersion, jointe à la décroissance naturelle, permet d'estimer qu’une personne qui ne mangerait que du poisson local et des algues pendant l'année qui vient recevrait une surdose de 0,6 mSv, s'ajoutant aux 2,5 mSv qu'il reçoit annuellement dans les conditions environnementales normales du Japon.

La situation se stabilise progressivement, notamment par la baisse naturelle de la puissance thermique résiduelle des cœurs, un remplissage d'azote de l'enceinte de confinement évite de nouvelles explosions d'hydrogène, des fuites sont progressivement identifiées et colmatées, limitant de plus en plus les rejets radioactifs. Il reste encore beaucoup d'inconnues sur l'état réel des cuves, des enceintes et des piscines, mais la reprise en main semble assurée, avec une période encore longue de refroidissement (~6 à 9 mois?) jusqu'à un état ne nécessitant plus de refroidissement forcé, ce délai étant contraint par le travail limité en zone très irradiée pour la mise au point du procédé de décontamination et l'évacuation des 60000 tonnes d'eau fortement radioactive avant la remise en service du refroidissement en boucle fermée.

Les destructions importantes condamnent cette centrale pour laquelle des plans de démantèlement avec "retour au gazon" en quelques décennies font l'objet d'évaluations.

Les émissions de radioactivité de l’accident Fukushima sont estimées avoir été de l’ordre du dixième de celles de Tchernobyl (Iode 130 TBq contre1500, césium 10 PBq contre137), car seuls les éléments gazeux, les tellures, l’iode et le césium ont contaminé l’environnement sur une bande de 450 km² vers le nord-ouest, les éléments lourds n’ont pas été relâchés. Une carte dressée par l'IRSN le 08-04-2011 montre l’estimation des doses reçues par les habitants qui viendraient se réinstaller dans les zones irradiées; compte tenu de la disparition en 2 mois de l'iode 131, il ne subsistera que le césium 137 (demi-vie 30 ans), De plus, il s’agit d’un aérosol qui se dépose sur les terres ou les toitures et est lessivé par les pluies vers les ruisseaux et la mer. Son infiltration dans le sol est très lente. Il n’est pas repris par les systèmes radiculaires des plantes à l’exception des champignons.

 

Mars 2012, un an après l'accident[23],

L'"état froid" des cœurs (température < 100°C avec le circuit normal de refroidissement) a été obtenu comme prévu vers la fin 2011. Les fuites radioactives résiduelles sont sous contrôle, beaucoup de stress social par l'évacuation de la population du voisinage de la centrale sur une vingtaine de kilomètres, mais nous devons saluer l’organisation et le courage des équipes de Tepco et des populations environnantes, et le résultat :aucun mort attribuable à la radioactivité. Parmi les intervenants, une vingtaine ont reçu des doses comprises entre 100 et 250 mSv (250 était la valeur limite fixée pour les « liquidateurs » de TEPCO, et une dizaine ont reçu des doses internes entre 250 et 500 mSv par suite de masque mal ajusté, alors que, grâce aux mesures d’évacuation, de confinement et de restrictions de consommation de produits contaminés, la population n’a reçu que de très faibles doses.

L'état physique des réacteurs accidentés est mieux connu[24], en partie par simulations à cause du manque d'accès direct des zones centrales trop radioactives:

-       Réacteur 1: cœur fondu, cuve percée, plancher béton de 1,9 mètre d'épaisseur attaqué sur 80 cm, posé sur radier d'épaisseur 8 mètres, intact.

-       Réacteurs 2 et 3 fusion partielle du cœur, percement cuve encore incertain, par contre perte d'étanchéité de l'enceinte de confinement du réacteur 2, ce qui peut entraîner quelques rejets diffus de radioactivité.

L'état froid stable est une assurance contre une remise en fusion du corium et de nouvelles émissions de vapeur radioactive.

-       Le combustible entreposé dans la piscine du réacteur 4 est intact, la piscine a été renforcée.

Dans les parties de la zone d'exclusion de rayon 20 km[25], où la radioactivité est en dessous de 20 mSv/an, le gouvernement japonais entreprend les réparations des dommages causés par le séisme et le tsunami, pour y autoriser le retour de la population.

 

Fukushima vient d'établir un constat : un événement naturel imprévisible dans son ampleur, hors du répertoire connu des catastrophes naturelles à cet endroit de la planète, a causé environ 20000 morts et détruit entre autres une centrale nucléaire[26], avec certes le stress social d’une évacuation temporaire de la population sur un rayon de 20 à 30 km, mais n'a conduit à  aucun décès à ce jour attribué à la radioactivité.

L'OMS a déclaré que les conséquences sanitaires de Fukushima seraient minimes.

On se doit d'ajouter que la destruction de cette centrale nucléaire aurait été évitée si l'une des trois précautions suivantes avaient été prises par l'exploitant TEPCO :

1.    Un mur anti-tsunami plus haut pour éviter la submersion de la centrale

2.    Une implantation plus haute des diesels de secours pour éviter leur noyade

3.    Une meilleure prise en compte des enseignements de TMI, notamment en ce qui concerne le risque hydrogène (recombineurs notamment qui auraient évité les explosions d'hydrogène), et l'installation de filtres à sable (comme il a été fait sur tous les réacteurs européens) captant la très grande majorité des émissions radioactives, ce qui aurait permis de réduire considérablement la surface touchée par les retombées radioactives et rétablir beaucoup plus rapidement le retour des populations

 

Donc, sauf à renoncer aux règles de la logique, ce n'est pas dans le nombre de morts par accident nucléaire qu'il faut chercher le motif d'un refus de cette filière énergétique, car aucune des autres grandes sources d'énergie n'a fait moins de morts au cours du dernier demi-siècle.

Sur quels faits se fonde alors un refus de l'énergie nucléaire?, quels sont les autres arguments justifiant de "sortir du nucléaire"?

Examinons méthodiquement les arguments positifs et négatifs. Il s'agit de les peser au regard de l'écologie, de l'économie et du risque, et ne craignons pas d'exposer d'abord objectivement  les négatifs.

 

QUELQUES arguments "contre":

1.    L'énergie nucléaire présente certes un très faible risque d'accident majeur, mais ces rares accidents ont un caractère plus dramatique que d'autres accidents industriels, non pas par le nombre de morts, mais par les conséquences sociales locales dues à l'évacuation de population et par la contamination radioactive des sols, condamnant des villages et des surfaces agricoles pendant des années.

L'évacuationpréventive et temporaire des populations, qui a été correctement conduite à Fukushima et a protégé la population du risque de contamination importante, reste de toute  manière mal vécue. Cette contrainte semble constituer le reproche principal actuellement aux yeux du public, car  à Tchernobyl la plus grande part de la morbidité a été due à ce traumatisme social causé par les déplacements de population.

Ce risque est beaucoup plus réduit dans les réacteurs européens(voir page 7), et il faut parvenir à une gestion plus rationnelle de l'évacuation provisoire des populations[27] et évoluer vers des modèles de réacteurs tolérant une fusion totale du cœur sans  nécessiter d'évacuation locale temporaire, ce qui est le cas des nouveaux réacteurs EPR.

La contamination radioactive des sols et des eaux. Ce problème a été majeur dans l'accident de Tchernobyl où le réacteur de type ouvert a laissé échapper de grandes quantités de produits radioactifs à haute altitude transportés à des centaines de kilomètres au gré des vents, activé par l'incendie du graphite modérateur du réacteur pendant une semaine. A Fukushima, sans explosion du réacteur lui-même et par suite de vents favorables,, la zone terrestre polluéea été limitée àenviron 2000 km2 autour de la centrale et une pollution moindre, dont le césium[28] représente l'élément principal par sa demi-vie d'une trentaine d'années.

Des moyens de récupération partielle des sols existent (lavage des surfaces étanches, décapage des sols cultivés et traitement desgravats, plantation de végétaux spécifiques absorbant le césium), d'autres sont en développement au Japon pour les sols et les eaux radioactives[29].

Ce problème ne se pose pas pour les nouveaux réacteurs du type EPR qui confinent strictement la radioactivité à l'intérieur du réacteur.

 

2.    L'évolution des événements post-accidents est mal prévisible, 

-       La diversité des événements pouvant se greffer sur l'accident, les difficultés du refroidissement évitant la réactivation de réactions nucléaires locales,  prêtent aux fantasmes,

-       Les effets retardés possibles de la radioactivité sont anxiogènes.

-       Une des retombées de Fukushima est la demande de l'ASN de mettre sur pied un "noyau dur" d'experts en intervention rapide sur incident, capable de maîtriser la complexité des situations possibles.

-       Les effets retardés? Aucune victime à ce jour pour Fukushima? A ce jour! voilà un boulevard de possibilités de désinformation sur les effets des radiations sur la santé car quel pourcentage des citoyens savent ce qu’est un becquerel, un gray, une curie ou un sievert ? Pour ceux qui font l'effort de se renseigner sur les différents degrés de risque associés aux différents degrés d'irradiation (exprimés en sievert), il subsiste des doutes dans leur esprit par la confusion entre les doses tolérables sans effet pathologique observable (< 100mSv/an), et les limites de dose fixées par les normes de radioprotection avec une prudence extrême (< 1mSv/an)  qui ménagent des marges de plusieurs ordres de grandeur entre les deux.

La radioactivité, est un phénomène physique trop mal connu du public, contrairement aux sourcesd'énergie plus classiques.  Le citoyen-électeur doit prendre conscience que la radioactivité est un phénomène naturel qui n’a pas été inventé par l’homme, mais simplement domestiqué comme le feu et l'eau.

Cet aspect ne peut être réglé que par un effort d'information sur la radioactivité, sa nature, ses risques et ses mesures. Un résumé en est donné en annexe 1 de cette étude, ainsi que le minimum que l'on doit savoir sur ses risques.

 

3. Dans ses filières actuellement utilisées, l'énergie nucléaire accumule des déchets radioactifs issus du combustible usé, qui constituent aussi un sujet de crainte.

Leur sort définitif ne sera fixé en France qu'au terme d'un processus rigoureux s'étendant jusque vers 2020. Dans cette attente, ces déchets sont stockés en piscine de refroidissement à La Hague dans des conditions de sécurité satisfaisantes. Les progrès dans la préparation du stockage souterrain définitif sont publiés chaque trimestre dans le journal de l'ANDRA, édition nationale d'abonnement gratuit.

Cet aspect se réglera aussi progressivement par une meilleure connaissance du dossier de la part du public, et la prise de décision avant 2020 sur la mode et le lieu de stockage en France.

L'annexe 2 du de cette étude, fait un point plus détaillé sur cette question des déchets.

 

4. Parmi les éléments contenus dans les combustibles usés, les filières nucléaires actuelles, accumulent du plutonium

C'est du plutonium est "civil" (inapte à une utilisation militaire), stocké soit directement en déchets (comme aux USA et en Finlande), soit séparé par retraitement et partiellement réutilisé dans le combustible MOX (France, Japon. Le stock de plutonium est géré dans l'attente des réacteurs de la génération IV dont il sera un des combustibles.

Cet aspect se clarifiera aussi dans les années 2020 par une prévision plus précise sur la date d'arrivée des réacteurs de génération IV.

La même annexe 2 traite également de ce sujet.

 

5. On doit enfin prendre en considération un argument philosophique globalisant, dont Paul Ariès, chantre de la décroissance,  a exprimé la quintessence: « L’industrie nucléaire concentre tout ce contre quoi les antiproductivistes se dressent. Le mythe d’une croissance folle, la confiscation de la parole, l’irresponsabilité techno-industrielle contre laquelle aucun principe de précaution n’est efficace, l’idée que tout soit possible, la foi aveugle dans la technoscience, le mépris des citoyens, etc. En finir avec le nucléaire c’est ouvrir aussi la porte à une espérance, celle du bien vivre, celle d’une société conviviale, celle du moins mais mieux, celle d’un surcroît de démocratie. »

 

QUELQUES arguments "pour" :

1.    L'énergie nucléaire est l'énergie électrique la moins coûteuse, ce que vient de confirmer l'analyse détaillée établie par la Cour des comptes de la nation début 2012, ratissant tous les investissements antérieurs de développement de la filière, ainsi que les provisions affectées aux dépenses prévisibles dans le futur pour le traitement final des déchets et le démantèlement des centrales en fin de vie.

Ce coût, situé entre 4 et 6 c€/kWh[30] selon les hypothèses financières, est inférieur à celui de toutes les autres sources d'énergie électrique, à l'exception de l'hydraulique. On peut espérer que l'étude de la Cour des comptes dont l'objectivité est difficilement contestable mettra un terme aux contestations répétées évoquant les "coûts masqués".

2.    Elle n'émet pas de CO2 au cours de sa production. Seules les émissions en cours de construction et en cours de préparation du combustible (infimes rapportées au nombre de kWh produits pendant la durée de vie d'une centrale) peuvent lui être attribuées.

3.    Elle contribue à assurer une quasi-indépendance[31] énergétique pour la production d'électricité qui est une composante clé de la sécurité de la nation. Rappelons que ce fut la motivation principale du lancement du programme nucléaire français dans les années 70.

4.    Elle fournit une électricité ne dépendant pas des circonstances climatiques courantes, indépendante du vent, de la pluviosité et de l'ensoleillement[32], elle échappe aux phénomènes d'intermittence et constitue de ce fait une excellente énergie électrique de base, facilitant la gestion des réseaux par sa bonne prévisibilité et ne nécessitant pas de renforcement du réseau THT nécessaire aux grands transferts d'énergie exigés par les intermittences des énergies renouvelables[33].

C'est une énergie concentrée, consommant très peu de terrain pour une puissance donnée, contrairement à l'éolien et au solaire (et à l'hydraulique). Son emprise au sol étant la plus faible parmi toutes les sources d'énergie. Par ses puissances unitaires qui sont les plus importantes, elle accompagne l'évolution du monde vers une urbanisation croissante en  grandes métropoles, ce que ne peuvent pas assurer des énergies renouvelables de grande emprise au sol et de petites puissances unitaires. A noter aussi que, par sa nature concentrée, elle n’a pratiquement pas de conséquence sur  l’écosystème (biodiversité).

5.    Parmi toutes les sources d'énergie, c'est certainement celle qui porte le plus grand potentiel de développement vers de nouvelles filières technologiques laissant espérer une augmentation du rendement, de la sûreté, et de la facilité de gestion des déchets. Sans aller jusqu'à évoquer la fusion nucléaire contrôlée (successeurs de ITER) trop lointaine pour être abordée ici, le développement probable vers le milieu du siècle des réacteurs à neutrons rapides (RNR) étendra la réserve mondiale d'énergie par l'utilisation de l'uranium 238 à un niveau suffisamment élevé pour ne plus être une préoccupation majeure.

EN GUISE DE CONCLUSION

 

Il est certain que la complexification des technologies rend leur approche par le public plus difficile, et que l'approche logique déterministe facilement appliquée aux technologies et aux événements relativement simples tend à être dominée par une approche probabiliste très sécuritaire lorsque ces technologies et ces événements se complexIfient, débouchant sur la domination d'une crainte confuse. Cela conduit notamment à considérer que les risques très importants par leurs conséquences ne doivent plus être évalués à l'échelle de leur très faible probabilité, mais considérés comme certains dans leur survenue, le problème étant alors d'en limiter les conséquences. Mais cette approche ne doit pas déboucher sur l'émotionnel, mais sur une plus grande rationalité des décisions.

Cette même rationalité qui nous a servi ici de guide, et les faits exposés, permettent de constater que la doxa populaire sur l’énergie se fonde sur des idées superficielles et partielles de la réalité. Les voies que l'on peut envisager à l’échelle du siècle pour répondre aux besoins (deux fois plus d’énergie avec deux fois moins d’émissions de gaz à effet de serre) doivent être jaugées en comparant soigneusement tous leurs aspects, économiques, écologiques, sociétaux et risques.

 Pour que les mécanismes démocratiques permettent d'effectuer des choix énergétiques partagés par les citoyens, sans avoir à les déléguer nécessairement aux seuls experts, il est indispensable que ces citoyens s'approprient préalablement les enjeux clairement explicités de toutes les options, en gardant au premier plan les exigences de sûreté pour toutes les filières énergétiques, sans négliger les autres critères d'économie et d'indépendance énergétique, et en n'oubliant jamais le contexte du changement climatique auquel nous ne pouvons échapper.

 

Pour un progrès raisonné, choisi et partagé[34], le public doit prendre conscience de ces données factuelles pour enrichir sa doxa afin de permettre par les voies démocratiques des choix conciliant cette doxa avec les avis des experts.

ANNEXES DE "LA DOXA[35] SUR L'ENERGIE?"

                               

ANNEXE 1   La radioactivité, sa nature, ses risques, ses mesures.

Son origine : Dans la première seconde de l'univers, l'énergie gigantesque injectée au Big-bang s'est condensée en particules les plus élémentaires de matière (quarks et antiquarks, puis leptons et antileptons), qui ont commencé à s'assembler vers 3 minutes d'âge en protons et neutrons, puis en noyaux légers par fusion nucléaire entre 3 et 30 minutes, et enfin en atomes d'hydrogène et d'hélium assortis de leurs électrons vers 500 000 à 1 million d'années lorsque la température a chuté vers 3000 degrés par l'expansion. Après un milliard d'années, l'univers a commencé à perdre son homogénéité, des amas d'hydrogène se sont formés par attraction gravitationnelle, et se sont échauffés par cette compression gravitationnelle, jusqu'à des températures supérieures à 10 millions de degrés permettant la fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium, qui libère de l'énergie, allumant des étoiles qui brûlent l'hydrogène en hélium en maintenant leur température par l'énergie dégagée par la fusion nucléaire.

 

Les plus grosses d'entre ces étoiles, soumises à une plus forte compression gravitationnelle, atteignent des températures plus élevées autorisant d'autres types de réactions nucléaires qui épuisent l'hydrogène en quelques millions d'années seulement, conduisant à un effondrement gravitationnel qui porte leur température vers 200 millions de degrés, ce qui permet la fusion des noyaux d'hélium en noyaux de carbone, puis elles gonflent en géantes rouges, et quand tout l’hélium est consommé, elles se contractent en s’échauffant vers 500 millions de degrés, ce qui permet la formation des atomes plus lourds : néon, oxygène, sodium…jusqu’au fer, car toutes les réactions de fusion nucléaire des corps les plus légers (de l'hydrogène au fer) dégagent de l'énergie. Au-delà du fer, le processus de fusion devient consommateur d'énergie, donc faute de carburant, la pression radiative ne peut plus équilibrer la compression gravitationnelle et ces grosses étoiles s'effondrent alors sur elles-mêmes, l'extrême compression entre les particules permettant aux électrons de fusionner avec les protons pour les transformer en neutrons. Au stade final, ces grosses étoiles riches en neutrons explosent en supernovae.

 

C'est au cours de cette explosion que sous une pluie de neutrons apportant leur énergie, se forment les éléments plus lourds que le fer, jusqu'aux éléments très lourds comme l'uranium, et tous les isotopes chargés en neutrons, dont certains sont instables. Ils se transforment alors spontanément par désintégration nucléaire pour atteindre des états plus stables: ce sont les isotopes  radioactifs ou radionucléides. Expulsés dans l'espace, une partie de ces radionucléides a atteint le système solaire. On les retrouve dans les planètes.

 

L'uranium 235, l'uranium 238 et le thorium 232 sont les noyaux les plus lourds existant encore depuis la dernière explosion de supernova précédant la formation du système solaire. Grâce à leur très longue période de désintégration, (de l'ordre du milliard d'années), ils sont encore présents sur Terre.

La Terre contenait donc les isotopes de l'uranium dès sa solidification il y a 4,5 milliards d'années, avec un taux de radioactivité moyen 4 à 5 fois supérieur à celui d'aujourd'hui, car depuis, chacun de ces radionucléides a subi des désintégrations successives selon sa propre période.

 

Un exemple frappant de radioactivité naturelle est la quinzaine de réacteurs nucléaires naturels découverts dans la mine d'uranium de Oklo, au Gabon, ayant fonctionné il y a environ 2 milliards d'années et pendant quelques centaines de millions d'années. Comme la période de désintégration de l'uranium 235 (le seul fissile) est beaucoup plus courte que celle de l'uranium 238 (700 millions d'années contre 4,5 milliards d'années), la concentration en uranium 235 était à l'époque plus élevée qu'actuellement et il n'était pas nécessaire d'enrichir l'uranium comme on le fait maintenant pour alimenter les réacteurs modernes. En présence d'eau et sous la pression due à une profondeur de plusieurs kilomètres, des réacteurs naturels se sont alors amorcés spontanément sous terre, et ont fonctionné dans des conditions voisines de nos réacteurs actuels, produisant localement les mêmes déchets nucléaires qui font souci actuellement, et dont la nature locale a su limiter la migration, alors qu'ils n'étaient pourtant pas enfermés dans des conteneurs sophistiqués.

 

D'autres sources d’irradiation que cette radioactivité tellurique existent : les rayons cosmiques pénétrant dans la haute atmosphère en sont une, soit par action directe, soit par création de radionucléides en percutant des composants de l'atmosphère et de la Terre (carbone 14, tritium.…)[36]. Les examens et traitement médicaux de médecine nucléaire en sont une autre, artificielle, mais qui a les mêmes effets à dose égale.

 

Une grande partie du public n'a pas suffisamment conscience que la radioactivité est un phénomène naturel, que nous vivons dans une radioactivité ambiante où chaque homme reçoit une dose de rayonnement ionisant annuelle variable avec le lieu, la nature des sols et l'altitude. En France, chaque individu est soumis annuellement à une dose due aux radiations ionisantes naturelles de l'ordre de 2,4 mSv variable suivant les régions. Elle atteint 100 mSv/an dans certaines parties du monde, au Kérala (Inde), à Ramsar (Iran).

Cette radioactivité ambiante vient de plusieurs sources; sur la moyenne française de 2,4 mSv/an, on décompte :

~0,5 mSv venant du sol (rayonnement tellurique)

~0,4 mSv venant de l'espace (rayons cosmiques, doublant tous les 1500m d'altitude)

~1,4 mSv par respiration de radon (gaz radioactif résultant de la transformation du radium)

~0,4 mSv par la nourriture qui contient toujours des éléments radioactifs

~0,8 mSv par les examens médicaux radiographiques

~0,02 mSv résidus des essais de bombes nucléaires dans l'air des premières années de la guerre froide

~0,01 mSv provenant de l'ensemble des industries et centrales nucléaires

Les retombées en France de Tchernobyl 1986 ont représenté en 1986 0,025 à 0,04 mSv, décroissant en 1987 à 0,001 à 0,0015.

 

Ses effets : Ces corps radioactifs émettent au cours de leurs désintégrations des rayonnements qui sont soit des ondes électromagnétiques, soit des particules. Ils sont dits ionisants, parce que leur énergie est suffisante pour rompre les liaisons chimiques entre noyaux et électrons, transformant les atomes en ions, pour créer des "radicaux libres" de forte réactivité chimique (par exemple OH).

 

Trois types de rayonnement ionisant peuvent être émis par désintégration : alpha, béta et gamma[37].

Le rayonnement alpha est une émission de noyaux d'hélium (2 protons+2 neutrons), il est peu pénétrant, quelques centimètres d'air, ou la surface de la peau, l'arrêtent. Il n'est dangereux que par inhalation ou ingestion des radionucléides qui l'émettent, par exemple dans les poumons par respiration de radon.

Le rayonnement béta est une émission d'électrons; il est plus pénétrant que le rayonnement alpha, avec un parcours dans l'air de quelques mètres, il peut traverser les couches superficielles de la peau.

Le rayonnement gamma est une émission de photons très énergétiques, il est très pénétrant, de fortes épaisseurs de béton ou de plomb sont nécessaires pour l'arrêter.

 

 

Ces radiations ionisantes ont des effets sur les cellules du vivant, dépendant de la dose reçue et de sa vitesse d'acquisition. La radioactivité est d’autant plus importante que la période est courte. Ainsi l'iode 129 de période 16 millions d’années, ingéré par l’homme, a un effet 800 millions de fois moins important, à concentration égale, que celui de l'iode 131 (période 8 jours)). C'est donc un peu un abus de langage de parler de déchets de haute activité à vie longue, car les déchets à vie longue[38] sont ceux qui présentent le moins d'activité; on peut dire pour imager les phénomènes que les radionucléides de courte période tirent à la mitrailleuse, alors que ceux à période longue tirent seulement au fusil.

Ces effets se manifestent par une altération de l'ADN des cellules entraînant des ruptures de brins, mais elle est très faible. Ce phénomène est maintenant bien connu car les ruptures de brins d'ADN sont extrêmement fréquentes par l'attaque de divers toxiques, dont le principal est l'oxygène de l'air et ses radicaux libres : la respiration occasionne jusqu'à 10000 altérations d'ADN par jour dans chaque cellule, le maintien de la température corporelle à 37°C par le métabolisme crée 20000 à 40000 cassures d'ADN par cellule et par jour. Une irradiation de moins de 40 mSv/an génère environ 2 cassures par cellule et par an, PAGE : 3
Par contre les rayonnements sont très efficaces pour la production de ruptures double brin.

Tant que l'on reste dans le domaine dit des faibles doses (inférieures à 50/100/200 mSv/an), aucune étude n'a jamais mis en évidence un effet néfaste de ces faibles doses de radioactivité, qu'elle soit naturelle ou artificielle. Cela est probablement dû aux mécanismes spontanés de réparation des brins d'ADN maintenant connus, ainsi qu’aux mécanismes naturels de suicide des cellules trop atteintes (apoptose) qui interdisent la reproduction des cellules anormales. Une forte dose de l'ordre de 5 à 10 Sv reçue en un temps court est rapidement létale. Au-delà de 100 mSv à la thyroïde dus à l’absorption d’iode radioactif, des cancers de la thyroïde peuvent apparaître chez l’enfant[39].

 

La radioactivité émise par une centrale nucléaire en service

La radioactivité émise à proximité d'une centrale nucléaire en fonctionnement normal est de l’ordre du millième de la radioactivité naturelle qui existe partout, et de l’ordre du dixième de celle d’une centrale à charbon de même puissance (la combustion du charbon libère en effet dans les cendres et les fumées les éléments radioactifs naturels qu’il contient : l’uranium et ses descendants, le thorium et ses descendants, et le potassium 40.

 

LES UNITES

Les unités d'émission de radioactivité

La radioactivité d'un corps se mesure en becquerel (Bq) ; 1 Bq correspond à une désintégration par seconde. Cette unité est vraiment petite quand on songe qu'un homme présente une radioactivité d'environ 8000 bq, un m³ de granite de ~4 millions de bq, une source radioactive médicale de 100 000 milliards bq, et 1 kg de déchets nucléaires de haute activité (vieux de 50 ans), vitrifiés 10 000 milliards bq.

Dans le passé, on utilisait le curie (Ci) : 1 Ci correspond à la radioactivité d'un gramme de radium soit 37 milliards de désintégrations par seconde. le curie est alors une unité énorme et on utilisait généralement le microcurie ( 1microCi = 3.7 x 104 bq).

Les unités de réception de radioactivité

Utilisés pour l'analyse des effets pathologiques des radiations et la radioprotection, elles mesurent les doses absorbées, les doses équivalentes et les doses efficaces.

La Dose absorbée se mesure en gray (Gy). 1 Gy = 1 joule absorbé par kg de matière.

La dose absorbée ne dépend pas du type de radioactivité (alpha, beta, gamma). On utilisait avant le röntgen (1 R= 2.58 x 10-4 Ci/kg) et plus récemment le rad (abréviation de ``radiation absorbed dose'', 1 rad=10^-2 Gy)

La dose équivalenteprend en compte l'effet différencié des types de radioactivité sur chacun des tissus vivants ; par exemple, 1 gray de radiation alpha aura plus d'effets qu'un gray de radiation beta. La dose équivalente se mesure en Sievert (Sv) ; c'est en fait la dose absorbée multipliée par un facteur de pondération du rayonnement et de l'organe touché par le rayonnement. Un sievert représente une dose très élevée et on parle généralement de milli-sievert (1 mSv=10^-3 Sv).

On utilisait avant le Rem (abréviation de ``röntgen équivalent man'', 1 rem = 10^-2 Sv)

Le Dari? C'est une unité proposée par Georges Charpac, qui est la radioactivité du corps humain, soit 1 Dari = 0,2 mSv/an. Pour mémoire, non utilisée.

 

Quels risques pour quelles doses ?

Les effets sur l'organisme dépendent bien sur de la dose reçue mais aussi de la durée pendant laquelle cette dose a été reçue.

-    10 Sv en une fois (quelques heures) : mort en quelques semaines.

-       Entre 2 et 10 Sv en une fois : dommages sérieux mais non définitifs jusqu'à 4 Sv. Au delà, ils deviennent irréversibles et risques de mortalité augmentent avec dose.

-       1 Sv en une fois : peut entraîner (temporairement) des nausées, une baisse des globules blancs et des leucocytes mais pas la mort. Le risque de cancer existe. Selon le CIPR, ce risque est légèrement plus faible pour la même irradiation étalée dans le temps.

-       50 mSv/an est la plus petite dose (de façon conservative) à partir de laquelle on ne peut prouver l'apparition de cancers (cette dose est aussi la radioactivité naturelle de plusieurs lieux sur Terre). Au delà de cette valeur, le nombre de cancers (mais pas de leur gravité) augmente avec la dose.

-       20 mSv/an moyenné sur 5 ans : c'est la limite légale que peuvent recevoir les travailleurs du nucléaire.

-       2-10 mSv/an : radioactivité naturelle moyenne (peu être beaucoup plus élevé).

-       1 mSv/an : c'est la limite légale que peut recevoir le public (au dessus de la radioactivité naturelle).

Pour les faibles doses, les effets biologiques ne peuvent être mesurés. Pour les besoins de la radioprotection, la CIPR (Commission Internationale de Protection Radiologique) suppose une loi linéaire par rapport à la dose (le risque croît linéairement avec la dose ; la pente de cette droite est déterminée là où les effets sont mesurables, i.e., aux fortes doses). Notons cependant que ce principe de linéarité est remis en cause par la plupart des spécialistes.

Un modèle mixte linéaire-quadratique donne un risque plus faible aux petites doses (partie quadratique) et s'identifie au modèle linéaire pour les doses plus élevées. Ce modèle semble être un des plus réalistes.

Certains spécialistes pensent que les faibles doses peuvent être bénéfiques pour la santé c'est l'effet hormesis, elles pourraient ``protéger'' contre les cancers.

 

Origine de l'irradiation moyenne en France

 

 

UN INDICATEUR DE RISQUE

Largement diffusé au Japon après l'accident de Fukushima Daiichi

 

PRINCIPAUX ELEMENTS RADIOACTIFS? DUREE DE VIE? USAGES?

 

ANNEXE 2    LES DECHETS NUCLEAIRES ET LEUR GESTION

 

Le volume des déchets:

La production de 1 GW pendant 1 an laisse en déchets :

·         Pour une centrale à charbon : 8 millions de tonnes de CO2, 350000 m3 de cendres, 6000 t de poussières; ces déchets ne font pas l’objet d’une gestion rigoureuse et, quand ils sont stockés, le sont souvent  en conditions précaires.

Pour une centrale nucléaire : 120 m³ de déchets de faible activité à vie courte, 5 m³ de déchets de faible ou moyenne activité à vie longue, 2,5 m³ de déchets de moyenne et haute activité vitrifiés si on retraite (ou 40 m³ sans retraitement). Ces déchets comme on va le voir font l’objet d’une gestion rigoureuse et sont stockés dans des conditions très sécurisées       

La gestion des déchets semble à priori simplifiée par leur faible volume, mais malgré leur faible volume, la gestion des déchets est compliquée par le dégagement de chaleur associé à la radioactivité de leurs produits de fission et de quelques actinides mineurs à vie courte et moyenne .

 

La nature des déchets:

Les principaux radionucléides contenus dans les déchets sont

·         Les produits de fission, dont le nombre de masse A = Z (nombre de protons) + N(nombre de neutrons) est de l'ordre de la centaine puisqu'ils sont le résultat de la fission des noyaux lourds de l'ordre de A > 200; la plus grande partie de leur radioactivité, déjà très affaiblie au sortir des piscines de stockage, a pratiquement disparu au bout de 2 à 3 siècles ; seuls subsistent quelques radionucléides à vie très longue (I129 et Cs135 sont les plus notables)

·         Les actinides dits mineurs, produits par captures successives de neutrons dans l’uranium et le plutonium (donc de A supérieur à 200): les principaux sont le neptunium, le plutonium, l’américium et le curium ; diverses réactions nucléaires transforment certains de ces radionucléides  (exemple Pu241 > Am241 > Np 237).

Le plutonium tient un rôle à part ; produit à partir de U238, il est fissile et permet de valoriser U238 : il est donc considéré parfois comme un déchet, parfois comme une ressource

 

la gestion des déchets FREPOSE SUR PLUSIEURS PRINCIPES:

Un premier principe : le confinement des radionucléides

L’objectif ultime de la gestion des déchets radioactifs est d’empêcher la radioactivité de remonter jusqu’à l’homme en quantités entraînant des effets sur la santé (si l’on s’en tient aux normes actuelles, ceci signifie une dose à l’individu inférieure à1 mSv/an).

Cet objectif de confinement conduit à un large consensus. Les  rares exceptions concernent quelques radionucléides très peu radioactifs et qui peuvent se diluer dans la biosphère sans possibilité de reconcentration (I129, Kr85…).

Ce confinement est assuré par des barrières successives ; dans le cas des déchets à vie longue enfouis, par exemple :

·         Une matrice robuste (oxyde d’uranium en absence de retraitement, verres dans le cas du retraitement)

·         Un conteneur résistant à la corrosion

·         Une barrière ouvragée destinée à la fois à limiter l’arrivée d’eau et à retenir les éventuelles fuites de radionucléides

·         Une couche géologique destinée à maintenir les déchets à l’abri d’événements extérieurs (glaciation, guerres) et à retenir les fuites de radionucléides

Un deuxième principe : le tri

Les déchets radioactifs sont caractérisés par leurs volumes, leurs périodes et leurs activités (leur dégagement de chaleur étant une conséquence des trois). Il y a un large consensus sur l’intérêt de les trier et de réserver des sorts spécifiques à chaque composante de ce tri.

Le premier niveau de tri, largement consensuel, sépare :

·         Les déchets à vie courte de faible et très faible activité (FA et TFA ou déchets A) plusieurs  millions m³ pour le parc nucléaire français, déchets de démantèlement des centrales inclus), stockés en surface (site de l’Aube), la radioactivité étant devenue insignifiante au bout de 3 siècles.

·         Les déchets de faible activité, mais comportant des émetteurs alpha ou beta[40]  à vie longue (déchets B (de l’ordre 100000 m³ ) ; ces déchets ne dégagent pas de chaleur.

·         Les déchets de forte radioactivité initiale (donc dégageant de la chaleur) et comportant des radionucléides à vie longue (déchets C – de l’ordre de 10000 m³). 

Le deuxième niveau de tri n’est mis en œuvre que dans certains pays, dont la France. Il consiste à séparer le plutonium et l’uranium des autres radionucléides dans une opération dite de retraitement du combustible. Cette opération modifie à la fois les ressources en matières fissiles, la nature et les quantités des radionucléides présents dans les déchets (et notamment le dégagement de chaleur). On y reviendra plus loin.

Un troisième niveau de tri a fait l’objet d’un certain nombre d’études : il consisterait à extraire un ou plusieurs des actinides mineurs (neptunium, américium, curium) en vue soit de leur assurer un confinement spécifique, soit de les transmuter en éléments à vie plus courte.

 

Les conséquences du dégagement de chaleur

Le dégagement de chaleur en début de vie des déchets C est très important et nécessite des dispositions appropriées de refroidissement : les combustibles usés sont entreposés pendant plusieurs années dans des piscines refroidies (d'abord à côté des réacteurs, puis à l’usine de retraitement de La Hague). Les déchets , emballés dans leur matrice de verre et leur conteneur, issus du retraitement, tout comme les combustibles usés non retraités, sont entreposés pendant plusieurs décennies avant d’être placés dans un stockage définitif ; au bout d’un temps plus ou moins long, leur refroidissement peut être assuré par des systèmes simples de convection naturelle.

Lorsque l’on veut placer les déchets C dans un stockage profond, il est généralement admis qu’il faut remplir deux conditions :

·         Ne pas dépasser 100 °C sur la paroi externe du conteneur, afin d’éviter tout risque d’ébullition de l’eau si celle-ci trouvait son chemin jusque là : cette condition fixe la quantité de radionucléides que l’on peut mettre par conteneur, en fonction de leurs natures et de leurs dégagements de chaleur.

·         Ne pas dépasser un flux de chaleur par unité de surface du stockage (environ 10 kW/ha) compatible avec la bonne tenue du terrain dans le temps. Pour un terrain donné, cette condition fixe la superficie du stockage, qui sera d’autant plus faible que l’on aura réduit les sources de chaleur (soit en allongeant la durée d’entreposage, soit en poussant le tri encore plus loin et en transmutant certains radionucléides). Il en résulte que, malgré le faible volume des déchets C (10000 m³ avec leur emballage), le volume à excaver pour leur stockage serait compris entre 5 et 25 millions m³ pour une emprise de stockage de l’ordre de 1000 ha. Soit 10 fois plus que pour les déchets B pourtant 10 fois plus volumineux.

 

Le débat sur le retraitement des déchets nucléaires

Les pays qui ont choisi de ne pas retraiter le combustible usé (notamment les États-Unis), et de l'enfouir en totalité ont été guidés par le souci de limiter au maximum les risques de prolifération de matières nucléaires qui pourraient permettre d'alimenter des filières militaires ou terroristes. Cet argument s'est un peu affaibli au cours des années, et on peut parler sans passion des deux voies de séquestration des déchets (avec ou sans retraitement).

Le système nucléaire français a été créé avec une volonté d’indépendance énergétique dans un contexte de pénurie d’énergies fossiles. Il a été conçu avec une contrainte forte : la disponibilité et l’économie de matières premières fissiles. Le retraitement du combustible usé a été conçu pour extraire le plutonium qui peut être utilisé comme combustible dans les réacteurs à neutrons rapides. Le retraitement  du combustible usé permet d’en extraire 99,8% du plutonium et de l’uranium. Après l’abandon de Superphénix, le plutonium, est maintenant utilisé dans le combustible MOX, réduisant le volume des combustibles déchargés des réacteurs et entreposés. Le choix du retraitement conduit à ne pas enfouir le plutonium. En contrepartie, il faut gérer ce plutonium, ce qui serait une affaire compliquée s'il n'est pas utilisé dans de nouveaux systèmes nucléaires (RNR, HTR …).

 

Avantages et inconvénients du retraitement

Le retraitement permet :

·         De récupérer l’uranium235 restant et le plutonium produit dans le combustible usé, en vue de les recycler. Ceci augmente les ressources en matière fissile, de 20 % environ (10 % pour l’uranium +10 % pour le plutonium) si on les recycle une seule fois dans les REP, de 40 % (10 + 30) si on faisait du multi recyclage dans les REP, mais de 50 fois si on les recyclait dans des RNR.

·         De sortir le plutonium des déchets, ce qui réduit le dégagement de chaleur et l’inventaire de produits radioactifs a stockés.

Il a comme inconvénients :

·         D’augmenter les quantités de déchets B en y ajoutant ceux en provenance de l’usine de retraitement.

·         D’augmenter, dans le combustible recyclé usé, les quantités d’américium (période 432 ans) et de curium (période 18 ans) ; ces radionucléides, qui ont une vie plus courte que le plutonium, augmentent les sources de chaleur dans les déchets qui leur sont associés (combustible usé non retraité ou verres issus du retraitement) ; la présence de curium tend à augmenter les durées d’entreposage avant stockage, et celle d’américium compense partiellement la diminution des sources de chaleur liée à l’enlèvement du plutonium. Il faut noter que la production nette de d’américium et de curium est plus faible dans des réacteurs à neutrons rapides, car une partie de l’américium produit y est détruit par fission.

 

Le débat sur la transmutation

Ce troisième niveau de tri n'est qu'hypothétique et fait l'objet d'études sur son intérêt :

Avantages et inconvénients de la transmutation des actinides mineurs

Les avantages et inconvénients doivent être regardés radionucléide par radionucléide :

·         Pour le neptunium, l’extraction est relativement facile, mais l’intérêt est très limité ; en effet, le neptunium a une période très longue (2 millions d’années) et est donc très faiblement radioactif ; il est peu soluble et peu mobile, ce qui réduit d’autant les possibilités de le voir atteindre la biosphère et l’homme. Tous les modèles de calcul donnent des effets potentiels sur l’homme très largement inférieurs à 1 mSv par an.

·         Pour l’américium, l’extraction est plus difficile mais sa faisabilité a été prouvée ; la transmutation a fait l’objet d’expériences dans le réacteur à neutrons rapides PHENIX ; l’intérêt serait de réduire la source de chaleur dominante dans les verres après la décroissance des produits de fission, et donc de limiter l’emprise du stockage ; cet intérêt est en partie compensé par l’inconvénient que, parallèlement, on augmente les quantités de curium, ce qui conduirait à allonger la durée de l’entreposage des verres.

·         Pour le curium, dont l'isotope 244 est le plus gênant, , les opérations de transmutation sont très complexes du fait de la forte radioactivité de ce corps ; et l’intérêt est réduit car sa période est courte (~18 ans)  et il suffit d’attendre qu’il ait suffisamment décru. 

En résumé, seule la transmutation de l’américium pourrait présenter un intérêt, et cela uniquement si la transmutation était réalisée dans un réacteur à neutrons rapides. Une telle voie s’inscrit normalement  dans un scénario de développement des RNR, donc d’extension importante de la place du nucléaire dans le "mix" énergétique.

 

La gestion proche des déchets en France

Chaque année, 1000 à 1100 tonnes de combustible usés sont déchargés des 58 réacteurs français. S’y trouvent mélangés avec l’uranium 238 et l’uranium 235 appauvri (et d'autres isotopes), environ 10 tonnes de plutonium, une tonne d’actinides mineurs et 50 tonnes de produits de fission.

Ce combustible usé après 4 ans de séjour dans le réacteur est entreposé en piscine où il perd une grande partie de sa radioactivité en 6 à 8 ans. Une partie (850 tonnes) est ensuite retraitée pour séparer les matières recyclables (uranium et plutonium). Le  plutonium récupéré est utilisé pour faire du MOX qui est envoyé aux centrales (utilisable dans 28 des réacteurs français mais seuls 20 sont Moxés), ce qui réduit de 25% la quantité de plutonium produite et de 12% les besoins en isotope 235 de l’uranium. Par contre, le recyclage du plutonium produit davantage d’actinides mineurs : américium et curium, et cela complique la gestion ultérieure des MOX usés.

Les déchets ultimes (produits de fission PF et actinides mineurs) sont conditionnés sous forme vitrifiée et, entreposés à la Hague en attente de leur orientation finale (prolongation de l'entreposage en entreposage réversible de longue durée ou stockage géologique). L’uranium appauvri, l'uranium de retraitement, l'UOX et  le MOX usés sont entreposés en attente également de décisions concernant leur gestion. Ils constituent une réserve de matière fissile et fertile en cas de relance de la filière RNR.

 

La gestion à longue durée, avec des problèmes spécifiques pour chaque période de gestion

L’ensemble des éléments ci-dessus conduit à considérer 3 ou 4 périodes selon les cas :

Une première période de quelques décennies, laquelle la radioactivité et le dégagement de chaleur sont dominés par les produits de fission. Le refroidissement des déchets est nécessaire. Il est assuré par l’entreposage (en piscine s’il s’agit de combustibles usés, en silos refroidis s’il s’agit de verres). On dispose aujourd’hui d’une large expérience industrielle.

Une deuxième période éventuelle, lorsque les quantités de curium et de plutonium sont importantes (cas du combustible usé MOX non retraite ou des verres provenant du retraitement de combustibles très irradiés), pouvant dépasser un siècle, pendant laquelle on prolonge l’entreposage avec deux objectifs : attendre que le dégagement de chaleur ait suffisamment diminué pour permettre le stockage et réserver la possibilité de récupérer le plutonium pour l’utiliser dans des RNR. Cet entreposage de longue durée ne soulève pas de problème technique nouveau, mais la pérennité de l’entreposage doit être assurée.

Une troisième période (quelques dizaines de milliers d'années)où les déchets sont placés dans le stockage définitif, dont le dimensionnement est défini par les critères évoqués plus haut : les laboratoires souterrains et les travaux de qualification d’un site ont pour objet de fournir les éléments chiffrés de ce dimensionnement et les données nécessaires au dossier de sûreté. La radioactivité est essentiellement celle des actinides mineurs (et du plutonium s’il est incorporé en cas du non retraitement). Le confinement rapproché est assuré par les conteneurs ; la barrière géologique n’intervient qu’en cas de leur défaillance.

Une quatrième période, au delà de quelques dizaines de milliers d’années, où seuls subsistent les radionucléides à vie très longue et, de ce fait, faiblement radioactifs. Les doses pour l’homme liés à des remontées éventuelles de radionucléides sont largement inférieures à la radioactivité naturelle pour les émetteurs a (neptunium) et pourraient s’en approcher pour I129 si ce dernier n’était pas rejeté lors du retraitement (parmi les AM, il reste essentiellement le 237Np très peu mobile dans les conditions de stockage. On fait alors l’hypothèse que le confinement par conteneur peut être perdu, la barrière géologique assurant alors l’essentiel de la protection. En ce qui concerne les produits de fission à vie longue, au delà de 100.000 ans, il ne subsiste que 5 PF importants : technétium 99, palladium 107, étain 126, iode 129 et césium 135. Les seuls PF réellement solubles dans l’eau sont le césium et l’iode, le seul vraiment mobile est l’iode (le césium est fixé par sorption dans le sous-sol). En prenant l’hypothèse la plus pessimiste (scénario altéré) d’un puits ouvert sur un site d’enfouissement contenant la totalité des déchets de 50 ans d’exploitation d’un parc de 400 TWhe/an, la dose reçue par la consommation exclusive de cette eau serait du même ordre de grandeur que celle délivrée par la radioactivité naturelle moyenne en France (2,4 mSv/an). De plus, on saurait réduire cette dose si on le souhaitait (en ajoutant de l’iode naturel dans les verres, en conditionnant l’iode des combustibles usés en céramiques…). Les modélisations associées aux différents scénarios montrent que les doses délivrées  sur l’homme dans les hypothèses les plus pessimistes en y ajoutant ceuxse chiffreraient en fractions de celles dues à la radioactivité naturelle[41]).

 

LES SCENAROS NUCLEAIRES ET LEUR CONSEQUENCES SUR LA GESTION DES DECHETS

On peut en simplifiant envisager deux scénarios extrêmes pour l'avenir du nucléaire et examiner quelles seraient leurs conséquences sur la gestion des déchets (et sur les autres critères de jugement):

• arrêt du nucléaire 
• relance forte 

 

Scénario n° 1 : arrêt du nucléaire

§  Ce scénario détruit l'espoir d'une réduction des quantités de plutonium et des déchets nucléaires existants au moment de l'arrêt (espoirs portés par le développement de la génération IV des réacteurs rapides). Le plutonium devient un déchet dont il devient coûteux de se débarrasser

§  L’arrêt du nucléaire entraînerait un accroissement de la demande sur les combustibles fossiles[42], surtout sur le gaz naturel, accélérant l'épuisement de ceux-ci et une hausse de leur prix et du prix de l’électricité.

§  Ce scénario ne participe pas à la réduction des rejets de CO_2, et au contraire les accroît.

 

Scénario n° 2 : relance du nucléaire

§  Une relance forte entraînerait vers le milieu du siècle un choix de systèmes nucléaires optimisant la production d’énergie, la gestion des ressources et celle des déchets (génération IV) et ouvrirait de nouveaux débouchés.

§  Permettrait une limitation du coût de l’électricité

§  Permettrait une forte réduction des rejets de CO2

 

En résumé :

La gestion des déchets repose donc sur l'étude de divers et nombreux scénarios.

On a vu que les solutions mises en œuvre au cours des deux premières périodes bénéficient d’une large expérience industrielle et que le très long terme ne pose pas de vrai problème pour la santé de l’homme. Seule la troisième période nécessite des études et des travaux pour confirmer les choix des natures des terrains pour le stockage définitif (argile, granite ou sel) et fournir les données nécessaires pour dimensionner le stockage et qualifier un site particulier. La mise au point des conteneurs adaptés aux déchets B et C ne pose pas de problèmes sortant de l’ingénierie classique. Les Finlandais et les Suédois sont bien avancés dans ce travail pour le stockage des combustibles usés dans des sites en granite. Le stockage des verres issus du retraitement devrait être plus facile.

Le problème des déchets nucléaires est-il pour autant un problème résolu ? Dans ses grands principes peut-être, mais dans la pratique pas encore. Comme on vient de le voir, il reste encore beaucoup de travail pour aboutir à la qualification d’un site de stockage et pour arrêter le dessin précis des conteneurs et les qualifier. Il reste aussi à optimiser l’ensemble de l’aval du cycle : les solutions adaptées au parc nucléaire actuel, constitué de réacteurs à neutrons thermiques (en France, les REP), ne seraient pas nécessairement les meilleures pour un parc comportant des réacteurs à neutrons rapides, pour lequel il faudrait regarder de plus près l’intérêt d’extraire l’américium et de le transmuter. En réduisant les sources de chaleur dans les déchets, on augmenterait les capacités de stockage dans un site donné. L’ensemble de ces travaux dirigés par l'ANDRA est encadré par la Loi Bataille de 1991 et la loi de 2006 sur la gestion des matières et des déchets radioactifs ; ils sont suivis par la commission nationale d’évaluation (CNE) et contrôlé par l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN)  et suivi par la commission nationale d’évaluation (CNE). On peut dire que la question  des déchets est menée en France avec la plus grande rigueur possible et verra émerger la solution finalement retenue vers 2020 en ayant ménagé entre temps toutes les options possibles en fonction de l'avancement des études sur la transmutation.

En Allemagne, alors que les Verts Allemands (comme leurs alter ego français) proclamaient depuis toujours qu’il n’y avait et qu’il n’y aurait pas de solution satisfaisante à la gestion des déchets nucléaires, Enerpresse du 26 juillet 2012 nous apprend que le ministre fédéral de l’Environnement, Peter Altmaier (CDU -chrétiens démocrates) et le ministre-président du Land de Bade-Wurtemberg, Winfried Kretschmann (Die Grünen - Verts) ont fait preuve d’optimisme sur la possibilité de s’entendre rapidement sur le choix d’un site de stockage définitif de déchets nucléaires. Une rencontre au sommet entre les représentants des Länder et des groupes parlementaires au Bundestag serait organisée pour  régler définitivement cette question, de préférence avant les prochaines élections générales (prévues en 2013). Par ailleurs, selon  un récent rapport du magazine Spiegel, une convergence semble s’être opérée entre le ministre et les responsables parlementaires sociaux-démocrates (SPD) et écologistes. Ainsi le problème de stockage des déchets nucléaires semble miraculeusement en voie de résolution  en sortant du nucléaire..