23
1 Énergies d'aujourd'hui ……..Énergies de demain Mr le Président, Mesdames, messieurs, chers amis. Lorsque le Président Gérard Olsen, ma demandé de présenter une conférence sur lénergie, jai immédiatement accepté, pour aussitôt après, avoir le sentiment davoir été imprudent. En effet le thème de lénergie bénéficie dune large couverture médiatique dans tous les domaines : la fin des réserves de pétrole et de gaz, la pollution, l'effet de serre, la hausse des prix des carburants, troubles au Moyen Orient etc.. Par ailleurs, le thème de lénergie manque de lisibilité : de nombreux paramètres sont interdépendants, et beaucoup dacteurs défendent des intérêts particuliers. En partant de ces constatations, il semble utile d'apporter un peu de cohérence par une analyse critique que jai organisée en trois parties : Première partie : Les généralités - La situation actuelle Les problématiques qui en résultent Deuxième partie : La solution des énergies renouvelables- Exemple l'énergie éolienne. Troisième partie : La solution des énergies nucléaires. Cet exposé, loin dêtre exhaustif, présentera quelques données chiffrées, indispensables pour fixer des ordres de grandeur et ainsi révéler des utopies souvent répandues.

Énergies d'aujourd'hui ……..Énergies de demaindata.over-blog-kiwi.com/0/61/83/54/201305/ob_6a6b6b_publication... · Cet exposé, loin d’être exhaustif, présentera quelques

  • Upload
    lythuy

  • View
    222

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

1

Énergies d'aujourd'hui ……..Énergies de demain

Mr le Président, Mesdames, messieurs, chers amis. Lorsque le Président Gérard Olsen, m’a demandé de présenter une conférence sur l’énergie, j’ai immédiatement accepté, pour aussitôt après, avoir le sentiment d’avoir été imprudent. En effet le thème de l’énergie bénéficie d’une large couverture médiatique dans tous les domaines : la fin des réserves de pétrole et de gaz, la pollution, l'effet de serre, la hausse des prix des carburants, troubles au Moyen Orient etc.. Par ailleurs, le thème de l’énergie manque de lisibilité : de nombreux paramètres sont interdépendants, et beaucoup d’acteurs défendent des intérêts particuliers. En partant de ces constatations, il semble utile d'apporter un peu de cohérence par une analyse critique que j‘ai organisée en trois parties : Première partie : Les généralités - La situation actuelle – Les problématiques qui en résultent Deuxième partie : La solution des énergies renouvelables- Exemple l'énergie éolienne. Troisième partie : La solution des énergies nucléaires. Cet exposé, loin d’être exhaustif, présentera quelques données chiffrées, indispensables pour fixer des ordres de grandeur et ainsi révéler des utopies souvent répandues.

2

Première partie Les généralités - La situation actuelle – Les problématiques qui en résulte

L’énergie en termes quantitatifs et qualitatifs

Les généralités Définitions : L’énergie est une entité abstraite difficile à définir intrinsèquement, mais qui est appréhendée par ses applications. L'énergie est, selon l'étymologie du mot, la capacité à fournir du travail, du mouvement. Nous connaissons plusieurs formes de manifestation de l’énergie : L'énergie mécanique qui anime les roues de nos voitures, celles des trains etc.. L'énergie chimique contenue dans les piles et des batteries électriques, mais aussi se manifestant par le phénomène de combustion. L'énergie électrique d’un usage quasi universel. L’énergie calorifique ou tout simplement la « chaleur » la plus familière. Je reviendrai sur les caractéristiques propres à chacune de ces formes d’énergie, mais auparavant il est nécessaire de faire quelques rappels pour parler le même langage. Les unités de mesure. Les unités du Système International (MSI) Les quantités d'énergie mises en œuvre se mesurent en joules (J) La puissance, c'est à dire la quantité d'énergie mise en œuvre par unité de temps, se mesure en watt (W)

3

Donc une source d'énergie de puissance 1 watt délivre pendant une seconde une quantité d'énergie de 1 joule. Dans la pratique on ne retient que l’unité de puissance le watt et on en déduit une unité pratique d'énergie le watt heure Wh et son multiple le kilowatt heure kWh, selon les relations suivantes :

1 W pendant 3600 secondes = 1 Wh = 3 600 joules 1 kWh = 3600 x 1000 = 3 600 000 Joule ou 3,6 MJ

Les combustibles sont convertis en équivalence pétrole. L’unité est la tonne d’équivalent pétrole ou tep Les caractéristiques propres à chaque forme d’énergie.

Toutes les énergies ne sont pas équivalentes. Sans entrer dans le domaine difficile de la thermodynamique, il est néanmoins indispensable de faire un rappel fondamental. Si il est possible de passer quasi complètement d’une forme d’énergie à une autre pour ce qui concerne les énergies mécaniques, chimiques, électriques……… il n’en est pas de même pour la chaleur. Pae exemple, un moteur électrique transforme de l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation avec un rendement pouvant atteindre 97% ; de même un gros alternateur réalise la transformation inverse avec un rendement de plus de 98%. En parlant d’un rendement de 97% on signifie qu’il y a 3% de pertes, celles-ci apparaissent sous forme de chaleur. Ainsi la chaleur apparaît à ce titre comme un résidu, une forme dégradée de l’énergie.

4

Le physicien Carnot a montré que la conversion de la chaleur vers les autres formes d’énergie est limitée de façon théorique par l'amplitude de la différence des températures de la chaleur avant et après la transformation. Prenons le meilleur ou plutôt le moins mauvais des exemples : celui des centrales thermiques modernes qui utilisent l’énergie chimique des différents combustibles (charbon, pétrole et gaz) pour produire d'abord de la chaleur (cédée à de la vapeur d'eau ), puis de l’énergie mécanique enfin de l’électricité, La conversion de la chaleur en énergie mécanique dans la turbine s’effectue entre 600° et 20° Dans ces conditions, le rendement théorique est de l’ordre de 66 % et ne peut donc être dépassé quelques soient les perfectionnements mis en œuvre. Bien entendu, le rendement pratique est sensiblement inférieur, de l’ordre de 44 %.

Rendement théorique de Carnot

Centrales thermiques Conventionnelles

Cycle combiné turbine à gaz

+ turbine à vapeur

80%

60%

50%

40%

30%

20%

70%

Actuel

Projet

Recherche

5

L’interdépendance des données d’une chaîne énergétique. L’exemple du pétrole au plan mondial.

Quelques définitions Les ressources Pétrole 394 milliard de tonnes Par ce terme on désigne habituellement la quantité totale géologiquement connue ou envisageable. Mais toutes les ressources ne sont pas exploitables à un moment donné compte-tenu des contraintes de coût d’exploitation, ou géopolitiques, ou encore environnementales. Les réserves Pétrole 165 milliard de tonnes Les réserves réellement exploitables sont donc variables selon les conditions du moment La consommation primaire annuelle Pétrole 4 milliard de tonnes La « fin du pétrole » actuellement estimée à 30 ans dépend des prévisions de consommation en énergie globale des pays en développement, pour lesquels le pétrole est d’usage facile. La consommation finale annuelle Essence, électricité……. Le pétrole brut n’est pratiquement pas utilisable directement et doit être transformé. Il en résulte des coûts énergétiques de transport, de raffinage, de distribution, et même de conversion en énergie électrique. Il est difficile de chiffrer le rendement global de ces phases intermédiaires. Les services rendus Transports de personnes et des biens, chauffage….. Nous avons vu que ce dernier stade de transformation se faisait avec des rendements très médiocres : moteurs à explosion, centrales thermiques etc.… Finalement les coûts que la société accepte de payer pour les services rendus déterminent la base de l’équilibre globale données présentées ci-dessus, équilibre souvent modulé ensuite par des considérations politiques ou socioéconomiques. Il y a donc un rebouclage permanent. On comprend aisément que ces équilibres soient précaires et fluctuants et sans réelle visibilité.

6

Les réserves mondiales d’énergie fossiles Les réserves et les ressources de pétrole Les ressources en pétrole n’ont pratiquement pas évolué depuis 30 ans. Les découvertes nouvelles se font dans le cadres des ressources répertoriées. Seule une augmentation notable des cours du pétrole pourrait accroître les réserves par l’exploitation de gisements non rentables aujourd’hui.Cette augmentation des cours paraît inéluctable. Les réserves et les ressources charbonnières Les ressources : on ne dispose pas d'informations fiables. Cependant, compte tenu des coûts élevés de la logistique charbonnière,(extraction, transport etc..) une bonne partie des ressources ne pourra être comptée comme réserves avant plusieurs décennies. Les réserves en houille et lignite sont évaluées aujourd’hui à environ 510 Gtep (milliard de tonnes d’équivalent pétrole) Elles sont principalement situées en Russie, aux USA et en Chine. La consommation mondiale s'est élevée en 2003, à 2,6 Gtep, soit à ce rythme, près de 200 années de consommation. Les réserves et les ressources gazières Les ressources sont estimées à 495 Gtep dont 330 Gtep composées de gaz pauvres. Cependant, les nouveaux gisements sont souvent éloignés des grands centres de consommation, ce qui pourrait pénaliser leur développement : en effet, la part du transport, une composante importante du prix du gaz, représente aujourd'hui 30 à 40 % de son coût total, contrairement au pétrole. Les réserves en gaz sont évaluées à environ 142 Gtep. La consommation est de 2,2 Gtep (en 2003), ce qui représenterait, à ce rythme, près de 65 années d'exploitation.

7

La situation actuelle

Répartition de la consommation mondiale de l’énergie Actuellement 79% de l’énergie consommée dans le monde sont fournis par les combustibles fossiles dont la combustion dégage notamment du gaz carbonique. Il convient d’ajouter les 10% résultant de la combustion du bois également source de gaz carbonique.

La situation de la France est tout à fait particulière. La France ne dispose plus de combustible fossile, elle produit 1,3% de la consommation de pétrole et le choix de développer une énergie nucléaire importante (la deuxième au monde en valeur absolue et la première par tête d’habitant) s’est imposé naturellement à tous les gouvernements.

8

En conclusion, nous pouvons retenir que : •  avec le bois, les combustibles fossiles fournissent par combustion 89% de l’énergie totale primaire actuellement consommée dans le monde ; donc avec production de CO2, Les 11% restant sont fournis par l’hydraulique et le nucléaire. • le charbon considéré comme un combustible du passé est également, de par son abondance, un combustible d’avenir, bien qu’il ait tous les défauts, sauf celui de son coût d’extraction relativement bas dans les pays où il est abondant, aux USA, en Russie en Chine et dans une moindre mesure en Afrique du Sud. ; il est et restera sans doute, consommé sur place. La France n’a pas de ressources et donc pas de réserves en combustibles fossiles et le bois, faute d’un marché bien organisé, est mal exploité. Le charbon, le gaz et le pétrole, soit 43%, sont donc importés.

Consommation des différentes énergies en France

Charbon 4,8%

Gaz 14,4%

42,4%

Pétrole Électricité primaire

nucléaire + hydraulique

33,7%

Renouvelable chaleur 4,8%

9

Production d’énergie primaire sur le sol français

La France ne dispose pratiquement plus de source d’énergie primaire : l’extraction du charbon dans le sous sol français a été prolongé au delà de sa justification économique. le pétrole fournit 1,3% de la consommation française. la production de gaz s’est arrêtée avec l’épuisement du gisement de Lacq. En conséquence le choix de développer une énergie nucléaire importante (la deuxième au monde en valeur absolue et la première par tête d’habitant) s’imposé naturellement à tous les gouvernements. 70 75 80 85 90 95 2000 2006

Renouvelables

Électricité primaire

d’origine nucléaire

charbon Pétrole

Gaz

Millions de tep 140

120

100

80

60

40

20

00

10

Les problématiques résultant de la situation actuelle Les besoins futurs d’énergie. La demande en énergie ira inéluctablement en croissant; En se référant au Rapport de l’United Nations Population Division, document remis à jour périodiquement et qui sert de base à toutes études prospectives, le constat est simple. Deux facteurs concourent à l’accroissement de la demande. Déficience actuelle en énergie Sur les 6,640 milliards d’êtres humains vivant actuellement, 2,6 milliards soit plus du 1/3 ne disposent pas d’un approvisionnement fiable en énergie. Parmi ses 2,6 milliards, 1,6 milliards n’ont pas du tout accès à l’électricité. Accroissement démographique : Le rapport estime entre 9 et 10 milliards le nombre d’habitants au milieu du 21ième siècle. (taux d’accroissement 200 000 / jour, soit 73 millions / an, ou 1 milliard en 13,7 années). Pour répondre à court terme, c’est à dire sur la période, 2000/2020 simultanément à ces deux types de demandes en donnant à toute l’humanité un accès à l’énergie comparable à nos pratiques occidentales actuelles, la consommation mondiale de l’énergie " devrait " augmenter de 60 %. En conséquence, avec les sources d’énergie fossiles, telles que nous les utilisons actuellement, l’augmentation des rejets de gaz responsables de l’effet de serre serait de plus de 60%, car il peut y avoir une différence notable entre la « consommation primaire » et la « consommation finale ».

11

Les principales solutions envisageables Les économies d’énergie Même si l’objectif de 60% n’est pas atteint, un accroissement notable de la consommation devra néanmoins être consenti pour limiter les tensions socioéconomiques à l’échelle planétaire. On ne peut pas expliquer par exemple aux chinois, qui découvrent les modes de vie occidentaux, que les multiples usages de l’énergie dont nous bénéficions, ne sont pas faits pour eux ! La première remarque qui vient à l’esprit face à ce constat est de limiter cet accroissement de la demande par des économies d’énergie uniquement parmi les nations qui en font déjà un large usage. La première solution, la plus mauvaise, consisterait à se priver des services rendus par l’énergie et de pratiquer une sorte de régression économique et sociale. (solution baba cool) L’autre solution consiste à obtenir toujours les mêmes services procurés par la consommation d’énergie mais en en utilisant toujours moins. C’est ce qui a toujours été fait en Europe et particulièrement en France où les ressources naturelles sont faibles et les prix élevés. Sans doute des améliorations limitées sont-elles encore possibles. En conclusion, la voie des économies d’énergie, absolument nécessaire, n’aboutira pas à stabiliser la demande mais simplement à réduire son augmentation.

12

La nécessité de produire plus

Le monde produit (et consomme !) aujourd’hui 11,2 milliards de tonnes d’équivalent pétrole (tep) par an. Toutes les prospectives énergétiques s’accordent pour estimer que cette production devra être multipliée par 1,5 ou 2 aux horizons 2030/2050. C’est ainsi par exemple que l’étude 2006 de l’Agence Internationale de l’Énergie* - qui est une référence en la matière - avance les hypothèses de 17 milliards de tep en 2030, chiffre ramené à 15 milliards dans le cas où les politiques d’économie d’énergie seraient très poussées. Il est bien sûr indispensable d’économiser l’énergie, en l’utilisant plus efficacement, mais nous savons que le résultat sera modeste . Les possibilités actuelles Actuellement, entre 87 et 89 % de l’énergie produite et consommée dans le monde proviennent de sources non renouvelables, tandis que les 13% restant sont fournis par des sources renouvelables (essentiellement de l’hydraulique, et la biomasse).Il est évidant que pour des raisons industrielles, à court et à moyen terme, il sera nécessaire d’exploiter les sources renouvelables et non renouvelables, dans ce qu’il est convenu d’appeler un mixte énergétique. Dans les comparaisons et les débats souvent superficiels qui voudraient peser sur les choix en faveur de l’une ou de l’autre de ces sources d’énergie un aspect pratique simple est souvent oublié. Pour participer de façon notable à un mixte énergétique, une source doit être disponible lorsque l’on en a besoin, sinon elle ne peut être que marginale et compensable à tout moment. Ceci est tout à fait évidant pour une utilisation directe telle que la production de chaleur, mais aussi nous allons le voir pour la production d’une énergie secondaire comme l’énergie électrique.

13

Deuxième partie La solution des énergies renouvelables Exemple l’énergie éolienne

Avant propos Dans les médias et donc dans le grand public, nous assistons en matière d’énergie, à des controverses souvent mal documentées et de fait tout à fait stériles.C’est le cas notamment de celles portant sur les coûts d’installation et d’exploitation des moyens de production d’énergie : fermes éoliennes, panneaux solaires, centrales thermiques ou nucléaires etc.… Les coûts pour les installations existantes, bien connus (et admis par les commentateurs honnêtes ) sont très défavorables aux énergies renouvelables qui doivent bénéficier de subventions (la CSPE en France) , les polémiques portent donc sur la prospective de ces coûts dans 20 voire 30 ans. En oubliant ces polémiques, il convient d’examiner d’abord les caractéristiques indiscutables de ces différentes sources d’énergie en fonction des butées naturelles ou théoriques dont elles dépendent. Les possibilités d’augmentations importantes de production d’énergie limitent rapidement les choix. Dans les énergies non renouvelables, l’épuisement des ressources et la production massive de CO2 devraient écarter logiquement les combustibles fossiles.Des motivations de court terme peuvent en décider autrement Seul le nucléaire n’est pas menacé d’épuisement avant plus de 1000 ans et ne produit de CO2 ; mais là encore des considération irrationnelles peuvent s’opposer à son développement. Pour les énergies renouvelables il apparaît une grande diversité de solutions plus ou bien chiffrées mais peu d’études de mise en œuvre réalistes.

14

Les limites de disponibilité des sources Les sources d’énergie non renouvelables : charbon, pétrole, gaz, nucléaire sont stockables sur les lieux d’utilisation et donc disponibles en fonction des besoins. Il n’en va pas de même pour les énergies non renouvelables comme le montre le tableau de classement ci-contre. Ce classement est valable dans le contexte technico -économique actuel. Il pourrait être modifié par exemple, si l’on parvenait à brève échéance à stocker économiquement d’importantes quantités d’électricité. Rares sont les usages de l’énergie qui peuvent se contenter d’une alimentation aléatoire. La remontée par pompage de l’eau depuis un bassin en basse altitude vers un bassin à plus haute altitude pour stocker l’énergie aléatoire afin de la récupérer en turbinant l’eau ultérieurement (ex: Lac blanc-Lac noir), entraîne des investissements très importants.

.

Renouvelables aléatoires

Renouvelables maîtrisables

Énergies prédictibles

Énergies avec possibilités de stockage

Le solaire : - chaleur domestique - électricité photovoltaïque L’éolien - électricité

L’hydraulique terrestre (fil de l’eau) - électricité L’énergie des marées - électricité La géothermie - électricité

L’hydraulique terrestre (barrages) - électricité La biomasse - chaleur domestique - carburants La géothermie - électricité

15

Les énergies maîtrisables L’énergie hydraulique. Il reste dans le monde de nombreux sites et fleuves qui peuvent être aménagés pour la production d’électricité, comme le montre les réalisations récentes au Brésil et en Chine. Toutefois l’incidence climatique de tels travaux et une indispensable gestion globale de l’eau risquent de limiter les projets futurs. En France on estime que 90% des ressources exploitables raisonnablement sont exploitées. Les biocarburants Dans un long entretien accordé, le 16-10-06, à La Tribune, Claude Mandil tire à boulets rouges sur les biocarburants fabriqués à partir de maïs (comme aux États-Unis) ou de la betterave (France). Estimant que ces filières sont «les plus mauvaises», l’ancien DGEMP* rappelle que leur «bilan CO2 est extrêmement limité, quasi nul». En fait, la conversion, à somme énergétique nulle, de maïs en carburant automobile aux Etats Unis par un procédé utilisant le combustible charbon, n’est qu’une façon indirecte d’alimenter des véhicules automobiles au charbon. Critiquant les subventions accordées aux agro industriels américains et européens, l’ex directeur général de GDF estime que les gouvernements concernés soutiennent plutôt les agriculteurs qu’ils n’ont une politique énergétique. «Actuellement, on ne sait pas bien si l’on fait une politique de développement des biocarburants au nom de la politique agricole commune ou de la politique énergétique». En France, on estime que pour produire des bio-carburants, l’exploitation de la totalité des surfaces affectées actuellement aux cultures vivrières, ne permettrait pas de fournir plus de 10 % de la consommation actuelle de carburants. Des procédés dits de deuxième génération, utilisant les résidus des plantes vivrières ne changeraient pas fondamentalement la donne. * Direction générale de l’énergie et des matières premières.

16

L’énergie éolienne L’énergie éolienne ne peut s’exploiter que sous forme d’électricité. C’est donc sa participation comme l’une des sources d’un mixte énergétique du réseau électrique qu’il convient de l’examiner. Les sites éoliens terrestres intéressants sont peu nombreux en France. La puissance nominale d’une éolienne, de l’ordre de 2 MW actuellement, ne semble pas pouvoir être augmentée sensiblement en raison de l’effet de taille (hauteur) et des efforts de flexion à reprendre au sol. En mer, des unités de 5MW sont en cours d’installation. Le caractère aléatoire de l’éolien se manifeste sous deux aspects : Les fluctuations climatiques sont les périodes, de un à quelques dizaines de jours, pendant lesquelles la vitesse du vent est trop faible pour produire le moindre kW. Les canicules en sont l’exemple extrême.

17

En France, en moyenne annuelle, le rapport entre l’énergie éolienne produite réellement et celle théoriquement productible par un fonctionnement permanent à 100% de puissance est d’environ 20%. Pour simplifier, on peut dire qu’il faudrait, pour substituer à la production de 1 MW d’origine fossile ou nucléaire, installer de 4 à 5 MW de puissance éolienne. Ceci incite les « pro-éoliens » à parler de puissance installée et non d’énergie réellement produite. La France est dans la moyenne européenne. Bien évidemment cette substitution ne pourrait être que marginale, car des moyens de compensation rapide, turbines à gaz, diesels etc..seraient nécessaires pour pallier les manques de vent dans une large zone européenne. C'est ainsi que le parc éolien allemand (12 000 MW), le plus grand d'Europe, en ne fournissant subitement que 10 % de sa puissance, soit 1 200 MW a mis en difficulté le réseau européen, à deux reprises : pendant la période de froid de décembre 2001 à nouveau pendant la canicule de l'été 2003.

Année Puissance totale installée (MW)

Energie maximale productible MWh

Energie réellement produite MWh

Efficacité

1992 0,5 4380 500 11,4% 1995 2,9 25404 4.700 18,5% 1997 8,0 70080 14.300 20,4% 1998 15,7 137532 23.700 17,2% 1999 21,1 184836 45.900 24,8% 2000 63,6 557136 92.000 16,5% 2001 90,1 789276 148.600 18,8% 2002 143,1 1253556 299.400 23,9% 2003 240,4 2105904 424.500 20,1% 2004 382,2 3348072 628.900 18,8% 2005 737,2 6457872 985.100 15,3%

18

A chaque fois, des anticyclones stationnaires, sans vents, régnant sur l'Europe, sont à l'origine de ces périodes critiques. A côté de ce parc éolien, aucune puissance électrique de secours rapide, n’avait été prévue. Les fluctuations instantanées L’expérience nous fait constater que le vent n’est pas un flux d’air constant et régulier, comme le montre le diagramme ci-contre. Il est donc nécessaire que les réseaux électriques compensent en permanence les fluctuations de la puissance éolienne. Ceci est possible de façon très limitée. En effet, la consommation étant elle même fluctuante, les réseaux disposent d’une petite marge de puissance « réglante », instantanément disponible, afin d’ajuster en permanence la production et la consommation. Là encore, il est clair que la part de l’énergie éolienne ne peut être que très modeste dans un mixte énergétique.

Puissance (moyenne sur 10 minutes) délivrée par une "ferme" éolienne de 10 MW de puissance nominale (Grande-Bretagne), au cours d’un mois de janvier

01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

19

En conclusion

Il apparaît donc que sans spéculer sur son coût de revient du kWh* dans 20 ou 30 ans, l’énergie éolienne, ne participera pas notablement à la forte progression de la production électrique. Tout au plus, dans certains pays comme le Danemark dont toute l’énergie est d’origine fossile, l’éolien peut contribuer à réduire la production de CO2. On peut noter d’ailleurs que pour ce pays, 10 années de développement du parc éolien n’ont pas compensé l’augmentation de la consommation d’une seule année.

En France où la totalité de l’énergie est d’origine nucléaire et hydraulique l’éolien n’aura même pas la justification de réduire les émissions de gaz carbonique.

Seules des considérations tout à fait irrationnelles, hélas fréquentes, peuvent modifier cette conclusion.

* Actuellement la loi du 10juillet 2006 oblige EDF à racheter le kWh aux producteurs d’électricité éolienne, aux tarifs suivants : éolien terrestre : 8,2 c€, éolien maritime: 13,0 c€

Surcoûts compensés partiellement par le consommateur dans la taxe CSPE

20

Troisième partie La solution des énergies nucléaires.

Il ne sera pas fait mention ici de l’énergie de fusion, trop de paramètres sont encore incertains. L’énergie nucléaire de fission. L’énergie nucléaire est transformée en énergie électrique dans des centrales de type thermique dont la source de chaleur est un réacteur nucléaire. La production de chaleur résulte de la désintégration de noyaux d’atomes de matières dites fissiles : l’Uranium 235 U 235

le Plutonium 239 Pu 239

Le schéma ci-contre montre qu’une particule élémentaire neutre : un neutron, frappant un noyau d’uranium le désorganise et provoque sa fragmentation en deux, par exemple un noyau de Strontium et un de Xénon.La somme des masses de ces deux noyaux est inférieure à celle du noyau d’Uranium. La différence de masse s’est convertie en énergie selon la loi d’Einstein E = mc2

Cette énergie est considérable : 1 kg d’Uranium équivaut à 2 000 tonnes de pétrole

21

Les centrales nucléaires françaises

La France a d’abord choisi de construire 6 réacteurs de la filière UNGG (uranium naturel, graphite, gaz) qui ne nécessitaient pas d’uranium enrichi, dont elle ne disposait pas encore. Cette première phase a permis de créer une véritable industrie nucléaire nationale avec la formation de chercheurs, de concepteurs et d’exploitants nucléaires.Elle a aussi crée des services de contrôle de l’état parmi les plus écoutés au monde. Pour lancer un large développement de l’énergie nucléaire, la France a décidé ensuite de rationaliser son parc des centrales en choisissant un seul modèle de réacteur du type REP (réacteur à eau pressurisée). Ce choix pour des raisons de sûreté et pour bénéficier d’un grand retour d’expérience a ainsi permis d’améliorer en permanence le fonctionnement de toutes les unités de production. Ces améliorations apportées au coup par coup aux 58 réacteurs en exploitation sont désormais globalement incorporées dès la conception du nouveau standard dit EPR, toujours à eau pressurisée

Réacteur

Échangeur eau-eau

Turbine

Condenseur

Réfrigérant atmosphérique

La sûreté des réacteurs REP les 3 barrières entre :

1 le combustible et sa gaine.

2 la gaine et l’eau du circuit primaire (rouge)

3 l’eau du circuit primaire et l’eau du circuit secondaire (bleue).

Notons que l’eau de rivière ou de mer (verte) pénètrerait dans l’eau secondaire en cas de fuite au condenseur.

22

Les réserves de combustibles nucléaires

La distinction entre ressources et réserves est particulièrement nette dans le cas de l’uranium ; en effet, les ressources en uranium naturel sont pratiquement illimitées. C’est ainsi que les océans contiennent d’énormes quantités d’uranium mais évidemment en très faibles concentrations. Les réserves dépendent donc uniquement du prix que l’on peut admettre pour extraire industriellement ce matériau. L’uranium à l’état naturel est composé de deux isotopes : 0,7% d’U 235 et 99,3% d’U238. Nous avons vu que seul U235 est fissile.L’emploi d’uranium naturel comme combustible des anciens réacteurs UNGG exploitait donc très mal ce matériau.Le combustible des réacteurs actuels est légèrement enrichi en U235 ( de 3 à 5%) et appauvri d’autant en U238. Par ailleurs les neutrons issus d’une désintégration qui ne servent pas à entretenir la réaction en chaîne (neutrons excédentaires) transforment U238 en Pu239 fissile. Une fraction de ce Pu239 participe à la réaction en chaîne in situ tandis que la fraction non consommée lors du retraitement des combustibles usés, est extraite. Elle est incorporée dans les recharges de combustible neuf appelé MOX (mixte oxydes d’U235 et de Pu239). Ainsi le plutonium, au lieu d’être un déchet dangereux est valorisé. En faisant le choix de retraiter les combustibles usés, la France s’est épargné les graves difficultés que connaissent les USA qui laissent indéfiniment les combustibles usés en piscine. Le développement industriel d’une nouvelle génération de réacteurs (dits réacteurs rapides ) favorisant la formation de Pu239 à partir de l’U238 est à l’étude dans de nombreux pays. Plusieurs prototypes (Phénix) ou pilotes industriels fonctionnent déjà de par le monde.Ces réacteurs dans un premier temps utiliseront les grandes quantités d’U238 issues du retraitement des combustibles usés des réacteurs REP.

23

Insertion de l’énergie nucléaire dans un mixte énergétique. Pour participer à une forte augmentation de la consommation d’énergie électrique, le nucléaire présente plusieurs avantages. Les réserves de matériaux fissiles. Nous avons vu que les réserves dépendaient exclusivement du prix d’extraction consenti. Or, contrairement au prix de revient du kWh d’origine fossile, celui du kWh nucléaire dépend peu du prix du combustible ; il dépend surtout des charges financières induites par l’important investissement de construction et les mises à niveaux ultérieures des centrales. En pouvant de ce fait accepter une augmentation notable du prix de l’uranium on en multiplie considérablement les réserves. La taille des unités de production. Pour optimiser les coûts de construction d’une unité de production nucléaire il est logique d’en fixer la puissance à celle pour laquelle l’effet de taille n’apporte plus aucun bénéfice. Le standard actuel en France est de 1 500 MW. Une centrale de 4 voire 6 unités, comme celle de Gravelines, n’occupe au sol que quelques centaines d’hectares.Le réseau électrique français, avec ses connexions européennes, supporte facilement des unités de cette puissance.Ce n’est pas le cas pour les petits pays, électriquement isolés, ou faiblement connectés avec leur voisins.Des unités de petites tailles sont à l’étude actuellement. En conclusion : Les techniques de production d’énergie capables d’être développées industriellement à temps d’ici 20 ou 30 ans, sont peu ou prou celles existantes ou envisageables dès maintenant. Sans préjuger des coûts de production futurs, il apparaît que les énergies renouvelables aléatoires ne participeront que très modestement au mixte énergétique en 2050 et que seule l’énergie nucléaire peut assurer son augmentation tout en compensant la décroissance des combustibles fossiles.