L'énergie nucléaire : Une option d'énergie propre et ferme pour décarboniser l'Union européenne
Le réseau électrique européen présente un triple défi :
- L'UE doit décarboniser son réseau électrique pour lutter contre le changement climatique ;
- Pour ce faire, l'UE doit accroître la vitesse et l'ampleur de l'électrification, tout en conciliant accessibilité financière et fiabilité pour les citoyens et l'industrie ; et
- Dans le même temps, une grande partie de la capacité de production d'énergie propre est vieillissante et doit être remplacée avant 2050.
This is a complex challenge that is further complicated by increasing international industrial competition. Meeting this moment requires a diverse portfolio of solutions. One option, nuclear energy, has gained renewed attention in the European Union, both at the EU and at the Member States, levels due to its ability to generate clean firm power.
Figure 1 : Production d'électricité par source, Union européenne
Qu'est-ce que l'énergie éolienne propre et pourquoi l'envisager ?
Le monde va avoir besoin de plus d'énergie, et non de moins. La demande mondiale d'électricité devrait augmenter d'environ un tiers à trois quarts d'ici 2050, ce qui nécessite des stratégies qui limitent l'augmentation des émissions tout en répondant à cette demande supplémentaire. Les sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie éolienne et solaire, joueront un rôle essentiel à l'échelle mondiale, mais l'énergie propre ferme offre des avantages complémentaires. Les options propres et fermes telles que l'énergie géothermique et nucléaire peuvent considérablement renforcer les efforts de décarbonisation dans l'UE.
L'énergie propre ferme désigne les sources d'énergie qui produisent de l'électricité à la demande, indépendamment des conditions météorologiques ou de l'heure de la journée, avec un minimum d'émissions. Les technologies de production d'énergie propre peuvent atteindre un facteur de capacité très élevé. Les technologies telles que la fission nucléaire, la fusion, la géothermie (y compris la géothermie des roches très chaudes), la combustion avec piégeage et stockage du carbone et la combustion de combustibles sans carbone sont considérées comme de l'énergie propre (cette liste n'est pas exhaustive). De plus amples informations sont disponibles ici.
- L'énergie propre et ferme réduit la nécessité d'une capacité éolienne et solaire surdimensionnée : Un système reposant entièrement sur l'énergie éolienne et solaire devra tenir compte des variations saisonnières qui comprennent de nombreuses périodes de pénurie de plusieurs jours, voire d'un mois. Actuellement, en cas de pénurie, c'est l'énergie fossile qui est utilisée. L'énergie propre et ferme permet d'équilibrer ces fluctuations sans qu'il soit nécessaire de recourir à une capacité renouvelable excessive, ce qui réduit en fin de compte le coût total de la transition énergétique pour le système.
- L'énergie propre et ferme réduit le besoin d'infrastructures de transmission : Le déploiement des énergies renouvelables se heurte à plusieurs goulets d'étranglement, notamment les files d'attente de connexion au réseau de transport sur plusieurs années et les retards dans l'octroi des autorisations. L'électricité propre et ferme, plus dense en énergie et plus flexible sur le plan géographique, réduit la dépendance à l'égard des nouvelles infrastructures de transport étendues nécessaires pour relier des projets d'énergie renouvelable éloignés les uns des autres. Cet aspect est crucial en Europe, où la disponibilité limitée des terrains et l'opposition locale croissante rendent de plus en plus difficile l'implantation de nouveaux projets d'énergie renouvelable à proximité des lignes de transport.
- Clean firm power reduces the need for fossil fuel back-up generation: To address renewable variability, the current EU energy system often relies on unabated fossil fuels as backup. Clean firm power can replace fossil fuel backups, ensuring reliable electricity even during periods of low wind and solar generation. This is vital for meeting decarbonisation targets without falling back on carbon-intensive solutions.
- L'énergie propre et ferme peut accélérer la décarbonisation : Les retards potentiels dans le déploiement des énergies renouvelables - dus à des problèmes de connexion au réseau de transport et à la lenteur des procédures d'autorisation - compromettent les efforts de décarbonisation en temps voulu. L'énergie propre garantie peut fournir une solution plus immédiate et évolutive pour garantir que les systèmes énergétiques peuvent se décarboniser sans attendre des projets d'énergie renouvelable à long terme et un stockage de l'énergie à long terme ou des approvisionnements en hydrogène propre qui seraient mieux priorisés dans d'autres domaines. Cela permet de progresser plus rapidement et plus sûrement vers les objectifs climatiques.
Valeur et rôle des technologies de production d'électricité propre pour une décarbonisation profonde
L'approche prédominante qui favorise le déploiement de technologies renouvelables dépendantes des conditions météorologiques expose les États membres à des coûts globaux de transition énergétique potentiellement plus élevés. Comme le déploiement des énergies renouvelables prend du retard en raison des files d'attente pour les connexions de transmission et d'autres limitations, le risque augmente que les pays ne parviennent pas à atteindre les objectifs de décarbonisation à temps.
One significant challenge with conventional renewable energy is seasonal fluctuation (See Figure 2). Moreover, variations in solar and wind output are often correlated, compounding potential shortfalls. Increased interconnection and energy storage are often proposed as solutions to daily fluctuations. While these can improve the use of renewable resources, they are unlikely to fully resolve the issue on multiday timescale.
Figure 2 : Variabilité temporelle des ressources solaires et éoliennes et de la demande d'électricité en Allemagne
Pour relever ce défi, le système énergétique de l'UE se rabat actuellement sur les combustibles fossiles, qui augmentent les émissions de gaz à effet de serre. La surconstruction de générateurs éoliens et solaires est une autre option, mais elle serait coûteuse et se heurterait à de sérieuses contraintes en matière d'utilisation des sols (voir figure 3). Le stockage de l'énergie à long terme est souvent mentionné comme une solution potentielle, mais ces systèmes ne sont pas encore disponibles à l'échelle ou au coûtnécessaires1 pour un déploiement à court ou moyen terme. De même, si l'hydrogène propre est techniquement adapté, il s'agira probablement d'une ressource rare qui devrait être réservée aux secteurs où il n'existe pas d'alternatives viables.
Figure 3 : Considérations relatives à l'utilisation des sols pour le développement de l'infrastructure de production d'électricité
Les générateurs d'énergie renouvelable tels que l'éolien et le solaire soulèvent également des questions sur l'utilisation des terres. L'UE dispose d'un espace limité et de nombreuses utilisations concurrentes. Les États membres doivent tenir compte de l'espace nécessaire, ainsi que de son coût et de son impact sur le climat, pour produire la même quantité d'énergie. En outre, comme le montre la figure 3, tous les sites techniquement adaptés au développement des énergies propres ne sont pas réalisables d'un point de vue pratique ou politique. Les sites appropriés sont de plus en plus difficiles à trouver en raison de l'opposition locale croissante et de l'éloignement des lignes de transmission existantes. En cette période critique, le déploiement des énergies renouvelables devrait s'accélérer, mais les files d'attente pour le raccordement au réseau et les retards dans l'octroi des permis menacent la réalisation des objectifs climatiques. Par conséquent, si l'éolien et le solaire doivent être développés à une échelle et à un rythme sans précédent, des sources d'énergie complémentaires seront nécessaires pour équilibrer les risques et les limites, et pour couvrir la stratégie de transition de l'UE.
Figure 4 : Ampleur relative de la surface utilisée par les différentes sources d'énergie pour répondre à la demande totale d'énergie de l'Italie
Pour que l'UE parvienne à un système énergétique entièrement décarboné avec une énergie fiable, abordable et durable, de multiples sources d'énergie seront nécessaires. C'est là que l'électricité ferme propre peut jouer un rôle essentiel. Cette dernière peut contribuer à assurer la fiabilité saisonnière à moindre coût, en offrant une production toujours disponible et largement indépendante des fluctuations météorologiques. L'Europe devrait se concentrer sur au moins deux options prometteuses en matière d'énergie propre : l'énergie géothermique et l'énergie nucléaire, et élaborer des politiques de soutien qui accéléreront le déploiement de ces solutions afin d'atteindre ses objectifs climatiques.
Quel rôle l'UE peut-elle jouer dans le déploiement de l'énergie nucléaire ?
While the EU should not dictate the makeup of its Member State’s energy systems, it can play a critical role in coordinating the deployment of nuclear energy within the bloc by providing enabling structures to accelerate nuclear energy deployment across the whole value chain. Key actions the EU should take include:
Développer une stratégie européenne pour les petits réacteurs modulaires (SMR)
Bien que plusieurs États membres aient annoncé leur intention de développer et de déployer des SMR, il reste des défis importants qui pourraient entraver l'avancement de ces projets en Europe.
Pour relever ces défis, l'UE devrait élaborer une stratégie globale pour le développement et le déploiement des SMR, comme l'a demandé le Parlement européen en décembre 2023. Cette stratégie devrait s'appuyer sur les travaux de l'Alliance industrielle SMR de l'UE, en abordant les défis et les solutions pour le déploiement des SMR en Europe. Les principaux domaines sur lesquels il convient de se concentrer sont l'harmonisation des licences, la normalisation de la conception, l'acceptation par le public, l'identification des conceptions les plus prometteuses, le développement d'une chaîne d'approvisionnement solide, les défis en matière d'investissement, les besoins en recherche et développement, les ressources humaines et les stratégies de gestion du combustible usé.
Coordonner les choix technologiques pour créer des carnets de commandes paneuropéens
L'offre d'énergie nucléaire compte actuellement plus de 80 projets en cours de développement, dont la grande majorité sont des "réacteurs de papier" et des projets sous-développés mais innovants avec peu de perspectives d'engagement. Ce marché devra connaître une période de consolidation qui aboutira à un nombre plus restreint de projets les plus attrayants en cours de développement. Cela permettrait d'allouer plus efficacement les fonds de développement et d'accélérer les délais de livraison.
Les technologies de l'énergie nucléaire doivent descendre dans la courbe des coûts (comme l'ont fait les technologies solaires et éoliennes au cours des dix ou vingt dernières années). Le meilleur moyen d'y parvenir est de répéter la construction d'un même modèle standardisé, ce qui permettra d'apprendre par la pratique dans le domaine de la construction et de stimuler le développement des chaînes d'approvisionnement. Il est clair que les unités "premier du genre" (FOAK) auront un prix élevé, comme ce fut le cas pour les premiers projets solaires et éoliens au début des années 2000, mais les constructions ultérieures permettront de réduire les coûts, ce qui conduira à des coûts "nième du genre" (NOAK) après environ 5 à 10 unités initiales.
Un carnet de commandes régional de réacteurs, coordonné par l'UE, est susceptible de stimuler les investissements dans les chaînes d'approvisionnement régionales, d'accroître la croissance économique et de renforcer la contribution de l'Europe à la construction de nouvelles centrales. Il est peu probable que cet avantage se concrétise si les choix technologiques sont très variés, car ils conduiraient à des chaînes d'approvisionnement fragmentées et à moins d'apprentissage d'unité à unité. Avec un carnet de commandes régional coordonné au niveau de l'UE, les États membres pourraient s'aligner dès le début de leurs plans de SMR et décider ensemble de poursuivre un petit sous-ensemble de technologies nucléaires, ce qui permettrait de réduire le nombre de conceptions développées et les coûts-bénéfices qui en découleraient.
Mise en place d'une plateforme d'achat commune pour les nouvelles constructions nucléaires
La création d'une plateforme commune de passation des marchés serait une étape clé pour la mise à l'échelle et la reproduction des projets nucléaires, en particulier des réacteurs SMR. Cette plateforme centraliserait et coordonnerait les efforts de passation de marchés entre les États membres qui développent de nouvelles centrales nucléaires, en les reliant à l'offre et en facilitant la réalisation des projets. Elle pourrait être organisée autour de régions spécifiques, de coalitions de pays, de groupements industriels ou de consortiums public-privé, en tirant parti de la puissance d'achat collective pour commander plusieurs unités de réacteurs, de composants de centrales ou de travaux de génie civil dans le cadre de contrats-cadres. Une telle approche augmenterait le pouvoir d'achat des acheteurs, mais améliorerait également les signaux de la chaîne d'approvisionnement régionale et locale en favorisant les économies de nombre, en transformant les SMR en un produit banalisé grâce à la normalisation de la conception, à la rationalisation des processus et aux avantages de "l'apprentissage par la pratique".
Conclusion
L'énergie nucléaire est une source d'énergie propre et solide qui peut jouer un rôle important dans la mise en place d'un système énergétique entièrement décarboné, fiable, abordable et sûr dans l'UE. En complétant les limites des énergies renouvelables dépendantes des conditions météorologiques, l'énergie propre ferme jette les bases d'une transition énergétique résiliente, permettant à l'Union européenne d'atteindre ses objectifs climatiques sans compromettre la sécurité énergétique ou la rentabilité.
Questions fréquemment posées
1. Pourquoi envisager l'énergie nucléaire et comment fonctionne-t-elle ?
L'énergie nucléaire est une technologie sans carbone, à forte densité énergétique, capable de produire de l'énergie à faible teneur en carbone (électricité et chaleur) à partir d'une empreinte territoriale réduite, ce qui en fait un complément potentiellement utile aux énergies renouvelables en tant qu'entreprise propre ou une alternative énergétique sans carbone utile en soi. Bien qu'elle puisse être déployée dans de nombreux endroits, les sites situés à proximité de grandes étendues d'eau sont préférables pour une rentabilité optimale.
La production d'énergie nucléaire consiste à utiliser la chaleur produite par les réactions de fission nucléaire dans le combustible d'uranium (ou d'autres matières fissiles) pour créer de la vapeur. Cette vapeur actionne ensuite un groupe turbo-alternateur pour produire de l'électricité ou est utilisée directement pour des applications industrielles. La majeure partie du parc nucléaire mondial actuel est constituée de réacteurs à eau légère (REL) de génération II et III. Une technologie plus moderne actuellement déployée peut être classée dans la génération III/III+, capable d'améliorer les performances, la flexibilité et la sécurité par rapport à ses prédécesseurs. Les autres technologies de l'énergie nucléaire sont les suivantes
- Small Modular Reactors: Small Modular Reactors (SMRs) are often defined as LWRs under 300MWe. They suit smaller grids and industrial applications and could also benefit from factory construction of units, easier access to financing due to smaller absolute investment size, and the ability to add more units as demand grows. SMRs are being developed in 18 countries, with the deployment of the first SMRs in the EU targeted for the early 2030s.
- Technologies des réacteurs avancés : Les technologies des réacteurs avancés (RA) font généralement référence aux technologies de la génération IV qui utilisent de nouveaux types de combustibles nucléaires et de liquides de refroidissement autres que l'eau pour offrir des caractéristiques nettement améliorées telles que la sécurité passive, la flexibilité opérationnelle et de longues périodes d'exploitation entre les cycles de rechargement en combustible. Ces technologies sont encore en phase de développement et de démonstration, et bien qu'elles soient actuellement précommerciales, elles ont le potentiel de contribuer aux objectifs climatiques à l'avenir.
La carte interactive ci-dessous montre les lieux et les détails des projets en cours dans le monde. Ces détails peuvent également être visualisés dans ce graphique.
2. L'énergie nucléaire est-elle sûre ?
Nuclear energy technologies are subject to intense regulation and high levels of scrutiny by national regulatory authorities and international organisations, such as the International Atomic Energy Agency (IAEA). The nuclear industry has experienced three major accidents: Three Mile Island, Chernobyl, and Fukushima. These accidents occurred within 20,000 reactor-years of operational experience worldwide, and therefore, nuclear power is classified as one of the safest power generation technologies in the world (93 times safer than natural gas, 153 times safer than biomass, and 820 times safer than coal – based on data from ‘Our World in Data’). Conventional reactors being built today, as well as more advanced designs, typically also include passive safety features. This means their safety systems are not dependent on additional external power or operators’ actions but rather on natural phenomena such as gravity to shut down reactors safely in case of an issue.
3. Qu'en est-il des déchets nucléaires ?
Les déchets nucléaires sont une préoccupation environnementale commune dans le cadre de l'expansion de l'énergie nucléaire. Actuellement, le combustible nucléaire usé est principalement stocké dans les centrales nucléaires. Dans un premier temps, il est conservé pendant environ cinq ans dans des piscines de combustible usé situées à proximité des réacteurs, où l'eau refroidit le combustible et élimine la chaleur de désintégration. Après cette période, le combustible usé est transféré dans des châteaux secs, où le refroidissement par l'air suffit. Ce stockage nécessite un minimum d'espace et est généralement situé à l'intérieur du périmètre de la centrale.
L'étape finale est soit le retraitement pour recycler les matériaux, soit l'élimination, cette dernière étant le plus souvent envisagée en raison des préoccupations liées à la prolifération. Bien que l'élimination du combustible usé soit considérée comme urgente et non résolue, il existe déjà des solutions techniques efficaces. Ainsi, l'installation finlandaise d'Onkalo est un exemple réussi de choix de site fondé sur le consentement, qui permet de stocker indéfiniment les déchets nucléaires de haute activité. Les gouvernements devraient mettre en œuvre des filières de stockage définitif, en se concentrant sur des processus réfléchis et transparents qui font appel à des sites fondés sur le consentement pour identifier les sites de stockage potentiels dans le monde entier. Dans l'intervalle, le stockage en fûts secs reste une option sûre et durable en attendant que des solutions définitives soient mises au point.
4. Quel est le coût du nucléaire ?
Nuclear energy has a high upfront construction cost (CAPEX), and relatively low operational (OPEX) and decommissioning costs. CAPEX for recent builds notably ranges from $4000 per kilowatt of installed capacity in the UAE to $12000 per kilowatt in the USA. These costs escalated in recent decades, especially in the western world, as projects struggled with number of difficulties and were completed at multiple of the original schedule and budget. Majority of those difficulties can be ascribed to loss of nuclear know-how after a multidecade break in nuclear construction resulting in atrophy of the industrial capabilities. However, as supply chains and industry regain competence costs are expected to decrease. This can be already seen in recent builds in UEA and U.S. where learning between consecutive units allowed for circa 30% cost reduction.
1 Le stockage à long terme est actuellement d'un ordre de grandeur supérieur à ce qu'il devrait être pour devenir une solution rentable à ce problème.
