Energie : le nucléaire français, grande inconnue dans la décarbonisation du secteur énergétique européen
Après avoir connu son âge d’or dans les années 70-80, le nucléaire français fait face depuis plusieurs années à un déclin certain en raison d’un non-renouvellement du parc nucléaire français. Si la question de l’indépendance énergétique de la France est d’actualité, aucune anticipation n’a été faite pour prendre le relais des centrales de 2e génération des années 70-80 une fois qu’elles atteindraient leur fin d’exploitation au bout de 40 ans. Résultat : leur durée de vie a été prolongée, à 60 ans, avec l’autorisation de l’ASN, et ce, principalement pour faire en sorte de maintenir un niveau de production électrique suffisant : il y a un problème d’arbitrage entre le black-out et le risque nucléaire.
Par Pierre-Emmanuel Guilhemsans-Vendé, Consultant R&D chez TNP Consultants. Avec la contribution de Grégory Lamotte, Président & Fondateur de Comwatt.
Cet article est paru dans La Tribune
Le nucléaire, une filière en berne
L’énergie nucléaire comme source d’électricité est présente en France depuis 1955, à la suite de la création du CEA[1] dix ans auparavant par le Général de Gaulle [1]. Mais c’est en mars 1974 que la filière décolle vraiment sous l’impulsion de Georges Pompidou et du premier choc pétrolier. Dans les années 1970 et 1980 sont construits 54 réacteurs d’une puissance cumulée de 55 GW. La filière est alors la plus dynamique, dans son âge d’or. Après les années 1980, le rythme de construction est nettement plus faible et le dernier réacteur mis en service, Civaux 2, l’est en juin 1999. Le pic de production est ainsi atteint en 2005 [2], avec 430 TWh d’énergie électrique produite (cf. Figure 1).
Il y avait à l’époque 59 réacteurs nucléaires à eau pressurisée de 2nde génération répartis sur 19 sites. Depuis, 3 réacteurs ont définitivement fermé et la production a baissé de 70 TWh en 2021, avec 360,7 TWh. Globalement, un déclin de la filière est observé depuis plusieurs années, en raison d’un non-renouvellement du parc nucléaire : aucune anticipation n’a été faite pour prendre le relais des centrales de 2e génération des années 70-80 une fois qu’elles atteindraient leur fin d’exploitation au bout de 40 ans. Résultat : EDF souhaite depuis 2009 prolonger leur durée de vie à 60 ans et l’Autorité de Sûreté (ASN) a déjà effectué la 4e visite décennale pour certaines centrales et autorisé leur fonctionnement jusqu’à 50 ans. Il faut maintenir un niveau de production électrique suffisant au niveau national à un coût raisonnable : il y a un problème d’arbitrage entre le black-out et le risque nucléaire.
Une relance poussive
L’EPR de Flamanville, symbole de relance d’une filière en berne, apportant à l’origine la promesse d’un réacteur plus performant, plus sécurisé et plus puissant (1650 MW[1] au lieu de 900 MW), est en construction depuis 2007 et accumule depuis les retards et les surcoûts. Initialement, la centrale devait coûter 3 Md€ et sa mise en service était prévue pour 2012. Maintenant, elle a déjà coûté 20 Md€ et elle ne fonctionnera au plus tôt qu’au 2e trimestre 2023 [3], soit plus de 10 ans de retard ! Il y a eu une erreur sur le gigantisme : naïvement, il a été pensé que plus la taille de la centrale augmenterait, plus le coût du kWh produit baisserait. Or, en réalité, cela a été un très mauvais calcul : des phénomènes de seuil ont fait exploser les coûts : il n’existait pas de grue assez grande pour mettre le couvercle de la centrale ou bien les limites physiques du béton étaient atteintes, avec une difficulté à couler le béton en raison des quantités de fer prévues par les ingénieurs. Enfin, le couvercle de la cuve de la centrale a été conçu dans une usine sous-dimensionnée, ce qui a résulté en un problème d’homogénéité dans sa composition (pourcentages carbone/acier). Ainsi, Flamanville va être mis en service avec un couvercle de cuve non conforme, avec l’autorisation de l’ASN, pour être arrêté le temps d’être remplacé par un nouveau – conforme cette fois – fabriqué au Japon. Selon EDF, cet arrêt ne serait que de 6 mois, mais un expert interrogé sur la question parle plutôt de 2-3 ans.
Une indépendance énergétique toute relative
En temps normal, le prix de vente de l’électricité est peu élevé mais la crise énergétique actuelle avec le conflit Russie-Ukraine, ainsi que les 2 ans de covid, font que le prix spot de l’électricité sur le marché européen a explosé de +532 % [4], passant de 64 €/MWh en janvier 2021 à 405 €/MWh en août 2022. Le nucléaire reste tout de même une énergie peu coûteuse à produire malgré une indépendance énergétique toute relative [5]. En effet, historiquement la France produisait tout ou partie de son combustible nucléaire : de 1954 à 2003, la France a extrait de ses sols 75 965 t d’uranium (cf. Figure 2). Depuis, la France a importé environ 150 kt d’uranium, à raison de 8 à 10 kt/an, en provenance principalement de 4 pays : le Kazakhstan, l’Australie, le Niger et l’Ouzbékistan [6].
Or, le ministère de la transition énergétique estimait que l’indépendance énergétique de la France était de 55 % en 2021 et de 47,4 % et 45,3 % respectivement aux 1er et 2nd trimestres 2022. Mais ces chiffres sont fondés sur une convention statistique datant de l’époque où la France produisait encore son combustible nucléaire. Dans cette convention, l’énergie primaire comptabilisée est la chaleur émise par le réacteur et non le combustible utilisé pour provoquer la fission nucléaire et dégager cette chaleur. La chaleur étant produite sur le sol français, l’énergie primaire est dans ce cas de figure produite localement, d’où ce taux élevé d’indépendance. Mais, en réalité, si l’origine du combustible était prise en compte, le taux d’indépendance énergétique de la France ne serait que de 10 à 12 % [8], soit l’équivalent d’un pays comme le Maroc dont l’économie repose à près de 90 % sur les énergies fossiles. Cette dépendance peut être néanmoins nuancée par le fait que la France dispose en avance d’un stock d’uranium naturel permettant de produire 2 ans d’électricité [9]. De plus, la France dispose d’un stock d’uranium appauvri, qui une fois réenrichi fournirait un gisement d’uranium naturel de 60 kt, soit 8 ans d’autonomie en électricité [10]. A plus long terme, une partie de cet uranium appauvri pourrait même servir directement aux réacteurs de 4e génération (il pourrait y avoir un regain d’intérêt pour les mines d’uranium françaises à ce moment-là). Globalement, les ressources d’uranium seraient de 130 ans (connues) à 250 ans (estimées) de consommation mondiale. D’ici là, la fusion nucléaire devrait avoir pris le relais (les travaux de recherche sur le sujet devraient être finalisés d’ici 2100).
Les 3 principaux atouts du nucléaire
Le nucléaire est une énergie :
- compacte : son empreinte au sol, c’est-à-dire la surface nécessaire pour produire 1 MWh, comparée à toutes les autres formes d’énergies, y compris les énergies fossiles est très faible : 0,1 m2/MWh contre 0,2 m2/MWh pour le gaz naturel, 0,4 m2/MWh pour le pétrole, 1 m2/MWh pour l’éolien, 10 m2/MWh pour l’hydraulique, 10 m2/MWh pour le solaire photovoltaïque ou encore 500 m2/MWh pour la biomasse [11]
- bas-carbone : elle a un facteur d’émission inférieur à toutes les autres formes d’énergie, y compris les énergies renouvelables, et en particulier par rapport au solaire photovoltaïque (cf. Figure 3).
- Avec a un facteur de charge[1] élevé comparé aux énergies fossiles et renouvelables (Tableau 1)
Ce facteur de charge élevé traduit le fait que l’énergie nucléaire produit plus souvent que les autres formes d’énergie et même à la demande, en dehors des périodes de maintenance, contrairement aux énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire qui sont intermittentes car dépendantes du vent ou du soleil (qui sont tout de même de plus en plus prévisibles).
Cependant, il faut tout de même noter que le facteur de charge du parc nucléaire français est extrêmement faible comparé à celui d’autres pays : 95,3 % pour Taïwan, 89,1 % pour la Suisse ou encore 90,7 % pour les Etats Unis [14]. Ce facteur faible est étonnant, voire inquiétant, aux vues des compétences de la France dans le domaine : la France dispose du 2e parc nucléaire le plus important au monde devancé uniquement par les Etats Unis. Les problèmes de fissures créant de la corrosion rencontrée cette année sur 12 des 56 réacteurs vont d’ailleurs encore diminuer le facteur de charge du parc pour 2022 : il n’y a qu’à voir les taux d’indépendance énergétique qui ont chuté d’une dizaine de points sur les 1er et 2nd trimestres 2022. Ces fissures étaient cependant prévisibles : dans des archives de l’INA datant de 40 ans, le PDG d’EDF de l’époque, Marcel Boiteux avait prédit qu’au vu des pressions et températures subies, les pièces ne pourraient subir qu’un certain nombre de cycles thermiques correspondant à 40 ans d’usage.
Globalement, l’énergie nucléaire revêt de nombreux avantages : peu onéreuse à la production, compacte, pilotable et bas-carbone.
Le nucléaire a mauvaise presse
Malgré toutes ses qualités indéniables, le nucléaire a mauvaise presse en France. Cela peut être expliqué par les points ci-dessous.
L’absence palpable d’une réelle exploitation de produits pétroliers en France, contrairement à des pays producteurs comme la Russie, les Etats-Unis ou le Royaume-Uni, font du nucléaire la première énergie produite en France, alors que 60 % de l’énergie finale consommée en France est d’origine fossile. Conséquemment, la presse, les ONG de défense de l’environnement (Greenpeace par exemple) et le parti écologiste se focalisent sur le nucléaire, alors que l’abandon progressif des énergies fossiles devrait être la priorité et que le nucléaire constitue une des solutions, au moins à court et moyen terme, à la décarbonation, grâce à une électrification massive de l’économie.
Les accidents de Tchernobyl (1986) et de Fukushima (2011) n’ont pas plaidé en faveur du nucléaire civil. En France, 4 accidents mineures ont eu lieu dans les centrales de Civaux (1998, 2006), de Blayais (tempête de décembre 1999) et de Fessenheim (canicule de mars 2003) [15]. De plus l’ASN estime que plusieurs centaines d’écarts et une centaine d’anomalies sont observées chaque année[1]. Le risque 0 n’existe pas, mais il est certain que le vieillissement des centrales, le manque de formation du personnel dans les centrales et la recrudescence des phénomènes climatiques extrêmes aggravent la situation.
La création de déchets radioactifs, potentiellement hautement radioactif, est également un point de tension dans le débat public. Or, depuis le début du nucléaire en France, il a été créé 1 700 000 m3 de déchets, dont 90 % sont des déchets de très faible activité (TFA) ou de faible et moyenne activité à vie courte (FMA-VC). Seulement 0,2 % des déchets sont hautement radioactifs, soit 4190 m3 [16]. A titre de comparaison, une centrale à charbon rejette 400 t de cendres de charbon par MW installé et par an [17]. Il faudrait seulement 51 h de fonctionnement des 2067 GW de puissance installée de centrales à charbon dans le monde en 2022 [18] pour produire le même volume de déchets que les près de 70 ans de fonctionnement des centrales nucléaires en France. D’autant plus, qu’à puissance équivalente, une centrale à charbon rejette dans l’environnement 10 à 100 fois plus de radioactivité qu’une centrale nucléaire en situation normale (hors accident) [19].
Par ailleurs, les décisions politiques n’aident pas : en 2015, avec la loi de transition énergétique pour la croissance verte, François Hollande a honoré son engagement de novembre 2011 avec EELV en prévoyant une réduction de la part du nucléaire dans la production d’électricité à 50 % en 2025 et un plafonnement de la capacité installée du parc nucléaire français à 63,2 GW. De plus, lors de sa campagne de 2017, Emmanuel Macron s’était également engagé à réduire à 50 % la part du nucléaire dans la production d’énergie. Même si depuis, M. Macron a changé d’avis en annonçant en octobre 2021 un vaste plan de relance nucléaire, le mal était déjà fait : cela faisait déjà 6 ans que la fin du nucléaire était annoncée et 22 ans qu’aucune centrale n’avait été construite. La filière va être difficile à relancer puisqu’une bonne partie du personnel formé ces dernières années l’étaient pour démanteler et non pour construire.
Enfin, pour revenir au problème du manque de formation, un problème majeur du secteur nucléaire est la sous-traitance. Aujourd’hui 80 % du personnel est constitué de sous-traitants, soit environ 160 000 personnes réparties entre 2500 entreprises, alors qu’il y a 34 ans, la sous-traitance ne constituait au maximum que 30 % des emplois. De plus, malgré un décret datant du 28 juin 2016 interdisant l’externalisation de certaines activités et limitant la sous-traitance à 3 niveaux [20], il existerait encore parfois jusqu’à 8 niveaux de sous-traitance [21], [22] ! Or, d’après un rapport de 2018 mené par Barbara Pompili : « La perte de compétences des exploitants est une grande source de danger et ne pourrait qu’aggraver les conséquences en cas d’accident nucléaire […] la sous-traitance a été identifiée comme l’un des éléments responsables de l’accident de Fukushima ».
- Avec a un facteur de charge[1] élevé comparé aux énergies fossiles et renouvelables (Tableau 1)
L’énergie nucléaire encore nécessaire pour la décarbonation
L’énergie nucléaire a toute sa place, ou au pire c’est un mal nécessaire, dans le mix énergétique et dans la stratégie de décarbonation française. En effet, si l’on se penche sur les scénarios de RTE (3 principaux scénarios) [13], de l’ADEME (4 scénarios) [23] et de Négawatt (1 scénario) [24] sur les projections du mix énergétique français en 2050, tous les scénarios imaginés par les 3 organismes s’accordent sur un point : la fission nucléaire ne sera pas abandonnée avant au moins 2045. Ainsi, même Négawatt, fervent adepte de la sortie du nucléaire, admet que, pour atteindre les objectifs de décarbonation de l’économie française d’ici 2050, le maintien du nucléaire est nécessaire pendant encore 23 ans. Selon RTE, « Une sortie (très) rapide du nucléaire est incompatible avec le respect des trajectoires climatiques de la France et/ou le maintien de la sécurité d’approvisionnement à court terme ». Le rythme d’implémentation en énergies renouvelables serait insoutenable, nécessitant d’être multiplié par 10 par rapport à son rythme actuel (cf. Figure 4) !
De plus, l’ADEME comme Négawatt arrivent à la même conclusion : la sortie du nucléaire ne se ferait qu’à condition de suivre un scénario extrêmement sobre (division de la consommation d’énergie primaire par 3, réduction des surfaces d’habitation des maisons individuelles, réduction de la consommation de viande par 2 ou 3, abandon des énergies fossiles, développement massif des puits carbone, multiplication par 3 des installations d’énergie renouvelable). Un changement profond de mentalité au niveau sociétal serait nécessaire. Dans sa trajectoire principale de consommation, RTE compte sur une baisse de 40 % de consommation énergétique, imputable aux 2/3 à l’efficacité énergétique et au dernier tiers à la sobriété. RTE a également imaginé la sortie du nucléaire d’ici 2050 avec son scénario M0, mais est sceptique sur le réalisme de sa concrétisation, car il faudrait installer toutes les formes d’énergies renouvelables (éolien offshore et terrestre, solaire photovoltaïque, énergies marines, bioénergies) à un rythme beaucoup plus soutenu que les meilleures performances européennes (Allemagne pour éolien terrestre et solaire, Royaume-Uni pour éolien offshore, cf. Figure 4). Dans 2 des scénarios de l’ADEME, le développement de nouveau nucléaire est nécessaire pour couvrir les forts besoins énergétiques de la société : la sobriété y est moins prégnante, les habitudes sociétales moins bousculées et donc un pari technologique y est fait pour atteindre la neutralité carbone en 2050. RTE dans ses scénarios N1, N2 et N03 où du nouveau nucléaire est prévu, montre qu’après concertation avec la filière, il ne sera pas possible d’atteindre les rythmes d’implémentation des centrales nucléaires des années 70-80 (cf. Figure 5). Dans tous les cas, que l’on choisisse de sortir du nucléaire en 2050 ou non, il y aura une nécessité d’accélérer le déploiement de toutes les formes d’énergie renouvelable au moins par un facteur 2 et les investissements nécessaires seront conséquents (M0 : 77 Md€/an, N1, N2, N03 : 59 à 66 Md€, contre 45 Md€ actuellement).
Développement de nouveau nucléaire ou maintien de l’existant ?
Mais des incertitudes subsistent sur la capacité de la France à réellement pouvoir implémenter du nucléaire au rythme imaginé par les scénarios N1, N2 ou N03 de RTE. En effet, avec Flamanville, la filière du nucléaire revient du gigantisme et va privilégier des centrales plus petites de 900 MW à 1 GW maximum. Or, cela nécessite 15 ans d’études pour construire un nouveau modèle, si tout va bien. Actuellement, seulement 10 % des plans ont été faits ce qui signifie qu’un nouveau nucléaire ne sera pas disponible avant 20 ans : 2035 semble dès maintenant une échéance trop courte. De plus chaque génération de centrale nucléaire a démontré jusque là qu’elle était plus chère que la précédente : pour l’instant, le nouveau nucléaire est estimé à 150 €/MWh sachant que le coût du démantèlement est sous-estimé dans le TCO. En effet, la France fait des estimations de coûts de démantèlement 3 à 5 fois plus basses que d’autres pays qui ont déjà démantelé : 400 à 500 M€ par réacteur, soit 30 Md€ en tout au lieu de 100 à 150 Md€. En parallèle, les énergies renouvelables ne cessent de battre des records de prix, avec un récent record européen de solaire au Portugal à 15 €/MWh ! D’ici 20 ans, le prix ne pourrait être plus que de 5 €/MWh, soit 30 fois moins que le nouveau nucléaire ! La question se pose donc : faut-il seulement maintenir le nucléaire existant le temps de la transition et investir massivement dans les énergies renouvelables ou bien développer à la fois du nouveau nucléaire et des énergies renouvelables ? RTE soutient que les scénarios de mix sans nucléaire seront plus onéreux mais cela ne semble pas si évident au regard d’une étude de l’Université de Stanford qui démontre que le solaire couplé au stockage par batterie vaudrait 30 à 40 €/MWh dès aujourd’hui… Dans tous les cas, les investissements seront colossaux et, si la France finit par choisir de prolonger le nucléaire, il va falloir que sa filière nucléaire regagne vite en crédibilité, surtout depuis que Westinghouse a gagné en Pologne face à EDF.
Sources
[1] « Histoire de l’énergie nucléaire en France : origine, développement du parc, futur », Connaissances des énergies, 11 janvier 2016.
[2] « Production – Nucléaire : RTE Bilan électrique 2021 », RTE.
[3] S. Joussellin, « EPR de Flamanville : où en est le chantier pharaonique de la centrale nucléaire ? », www.rtl.fr.
[4] « Exploring the energy crisis », Power Barometer, 7 juillet 2022.
[5] P. Breteau, « L’indépendance énergétique de la France grâce au nucléaire : un tour de passe-passe statistique », Le Monde.fr, 24 janvier 2022.
[6] « D’où vient l’uranium naturel importé en France ? », Connaissances des énergies, 9 août 2017.
[7] Nuclear Energy Agency et Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), « Forty years of Uranium Resources, Production and Demand in Perspective – The Red Book Retrospective », 2006.
[8] Ministère de la Transition Ecologique et Commissariat général au développement durable, « Bilan énergétique de la France pour 2019 ». Datalab, janvier 2021.
[9] Rarnol, « En France, les ressources en uranium sont-elles suffisantes pour assurer notre indépendance énergétique ? », Sfen.org, 7 octobre 2020.
[10] « Les matières radioactives », Andra Inventaire.
[11] U. Fritsche et al., Energy and Land Use – Global land outlook working paper. 2017. doi: 10.13140/RG.2.2.24905.44648.
[12] « Site Bilans GES », ADEME.
[13] RTE, « Futurs énergétiques 2050 ». octobre 2021.
[14] A. P. Gauthier, « Le faible facteur de charge du nucléaire français », Énergie et environnement, 13 juillet 2021.
[15] « Les accidents nucléaires en France », Greenpeace France, 3 mars 2017.
[16] Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra), « Inventaire national des matières et déchets radioactifs ». janvier 2022.
[17] Observation de l’environnement Province Sud Nouvelle-Calédonie (OEIL), « Fiche de données environnementales de substances chimiques : le charbon et ses cendres ». janvier 2015.
[18] « Global Coal Plant Tracker », Global Energy Monitor.
[19] « Charbon ou nucléaire : concentrer ou diluer les déchets ? », Afis Science – Association française pour l’information scientifique, 20 juin 2018.
[20] L. Radisson, « Le Gouvernement limite la sous-traitance à trois niveaux dans le domaine nucléaire », Actu-Environnement, 5 juillet 2016.
[21] F. Ruffin et C. Pocréaux, « Balade nucléaire : Promenade avec Gilles, sous-traitant dans le nucléaire depuis 30 ans. L’autre face de l’atome », Fakir, no 99, août 2021.
[22] L. Cohen, « Statut pour les sous-traitants du nucléaire – Question écrite n° 12337 de publiée dans le JO Sénat du 26/09/2019 – page 4876 », Sénat.
[23] ADEME et Ministère de la Transition Ecologique, « Transitions 2050 : Choisir maintenant, Agir pour le climat », nov. 2021.
[24] Institut négaWatt, « La transition énergétique au coeur d’une transition sociétale : Synthèse du scénario négaWatt 2022 », oct. 2021.
