Small Modulars Reactors (SMR) : le nouveau paradigme du nucléaire ?

« Plus de la moitié de l’énergie que nous utilisons en France est d’origine fossile », déclarait le gestionnaire de réseau électrique français, RTE, dans sa synthèse « Futurs énergétiques 2050 » publiée en octobre 2021. Un constat alarmant au regard de l’urgence climatique, et de l’objectif ambitieux fixé par le gouvernement d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. En outre, la filiale d’EDF détaille dans son rapport que : « si le nucléaire compte pour 70% de l’électricité produite en France, il représente moins de 20% de l’énergie finale utilisée par les Français ». En cause, le coût carbone du transport lié à l’importation d’énergie et la vétusté du parc nucléaire actuel.  

Au vu des effets déjà notables du réchauffement planétaire, la décarbonation de la production d’énergie s’accélère pour devenir aujourd’hui un sujet primordial. Il est temps de diversifier le bouquet énergétique tricolore en y incluant des énergies dites « bas carbone », comme les renouvelables (EnR) : solaire, éolien, biogaz, géothermie… ou le nucléaire. L’arrivée sur ce segment de nouvelles générations de réacteurs, plus petits et rapides à construire bien que moins puissants, pourrait bien accompagner cette évolution des modes de production. Les experts Bpifrance Emmanuel Denoulet et Massimiliano Picciani ont publié leurs travaux en la matière dans le cadre du projet « Demain », imaginé pour comprendre et répondre aux grands défis de demain. 

Mini-réacteurs (PRM et AMR), de quoi parle-t-on ? 

Pour les auteurs de la matrice Bpifrance sur le sujet, l'industrie nucléaire semble être à l'aube d'une nouvelle ère avec l'émergence de réacteurs 2.0, notamment des petits réacteurs modulaires (en anglais Small Modular Reactors, SMR) ou les réacteurs modulaires avancés (en anglais Advanced Modular Reactors, AMR), encore plus petits. Ces réacteurs à fission (procédé qui scinde en deux un noyau atomique lourd, comme celui de l’uranium ou du plutonium, ndlr.), ont un coût de fabrication moindre et des applications diversifiées. Ils promettent de redéfinir l'avenir de l'énergie nucléaire en proposant des solutions durables et polyvalentes.  

Les PRM et AMR se distinguent ainsi par leur petite puissance, généralement comprise entre 20 et 300 Méga watt électrique (MWe), contrairement aux réacteurs conventionnels (EPR), dont la puissance peut atteindre jusqu'à 1650 MWe. Les PRM sont principalement des réacteurs à eau pressurisée ou bouillante dont la commercialisation des têtes de série est prévue pour 2030. Les prototypes AMR quant à eux devraient voir le jour d’ici à 2040, de par l’adoption de technologies toutes particulières : sels fondus, neutrons rapides, haute température, …). Leur point commun réside dans leur modularité, permettant de ce fait la fabrication en série de leurs composants en usine, suivie de leur assemblage sur site.  

Une expansion mondiale des PRM et des AMR 

Facilité d’implantation, souplesse de pilotage et diversité d’usages par rapport aux réacteurs standards, cette approche compacte et économique offerte par les mini-réacteurs contribue à diversifier l'offre énergétique nucléaire. Les experts Bpifrance missionnés sur le projet « Demain » estiment d’ailleurs que le marché international pour les PRM sera plus large que celui des réacteurs courants actuellement. L'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) recense plus de 80 projets en cours de développement à travers le monde, dans des pays tels que les États-Unis, le Canada, la Chine, la Russie et le Royaume-Uni. Parmi ces projets figure NUWARD™ (abréviation de « NUclear forWARD »), un programme français porté notamment par EDF et destiné à exporter son premier PRM dès 2030. C’est un exemple concret de l'engagement tricolore envers l'innovation nucléaire.  

Rendues possibles grâce à leur petite taille, les différentes applications de ces mini-réacteurs seront multiples, comme le soulignent Emmanuel Denoulet et Massimiliano Picciani  : 

• Usage électrogène, notamment en zones isolées ou en substitution de centrales à combustible fossiles ; 
• Alimentation dédiée à sites industriels ou systèmes de transports ; 
• Production de chaleur industrielle ou cogénération et réseaux de chauffage urbain ; 
• Désalinisation de l’eau de mer ; 
• Alimentation d’électrolyseurs haute température pour production d’hydrogène 

Disruptif, le déploiement des PRM et AMR passera nécessairement par une approche holistique, prenant en compte la sûreté, les coûts d’investissement, la gestion des déchets et la réglementation internationale. 

Le nucléaire de demain : une filière à harmoniser 

Conçus pour fonctionner en complément des installations nucléaires existantes, les mini-réacteurs ont un coût d’implémentation moindre, bien que conséquent. D’après Emmanuel Denoulet et Massimiliano Picciani, on parle d’1 Md€ à investir pour un très petit réacteur (AMR), auquel s’ajoute 1 Md€ pour l’usine de production du combustible qui le fera fonctionner. En ce sens, des levées de fonds entre 15 et 300 millions d’euros sont en cours de réalisation par des entreprises telles que NAAREA ou Newcleo. Ces deux start-ups tricolores se sont d'ailleurs distinguées dans la catégorie « Réacteurs nucléaires innovants » du Plan France 2030, dont 1 milliard d’euros d’investissement est prévu sur ce segment. A noter que la faible maturité technologique et commerciale des PRM en fait malgré tout un investissement risqué. 

Comme le soulignent les deux pilotes de la matrice Bpifrance, l’implantation de réacteurs modulaires impliquera la présence d’une supply chain capable de produire en usine les composants nécessaires, préalablement optimisés et qualifiés. Ce procédé engendrera obligatoirement par la montée en compétence des acteurs industriels de la filière nucléaire existante, et la création de dispositifs pour la rendre plus attrayante auprès des jeunes (ou moins jeunes) talents.  

Aussi, la réglementation internationale nécessite encore l’harmonisation des pratiques de licensing (concession de licence) entre toutes ces parties prenantes, pour permettre aux vendeurs et aux exploitants de PRM d’être soumis aux mêmes règles. De fait, ce sont les pays les moins nucléarisés qui ont le plus besoin de ces mini-réacteurs. Au niveau national, l’appropriation des technologies développées par les Autorités de sûreté nucléaire (ASN) est essentielle pour permettre l'uniformisation de la règlementation et, à terme, fluidifier les échanges commerciaux, observe-t-on sur la synthèse Bpifrance. 

Le chantier de l’acceptabilité sociétale et de la décarbonation 

Disposant de toutes les compétences nécessaires sur l’ensemble de la chaîne de valeurs, la France bénéficie d’une filière nucléaire relativement bien intégrée. De nombreux acteurs, privés ou publics, sont mobilisés sur des travaux de recherche, conception, radioprotection ou gestion des déchets, en passant par la mise en place du licensing. Néanmoins, une partie de l'opinion publique reste opposée au nucléaire, au regard des risques sur le long, voire moyen-terme (irradiation, pollution des sols).  

Pour éviter ces risques, les mini-réacteurs visent un niveau de sécurité maximal, conceptualisé bien en amont de leur implantation. Leur design et format « compact » les rend très sûrs. Toutefois, pour que la population l'accepte, un travail de pédagogie est indispensable, peut-on lire sur la synthèse Bpifrance du projet « Demain ». Un challenge également, compte tenu des prévisions de consommation revues à la hausse par RTE : « Les orientations actuelles prises par la France (Stratégie Nationale Bas Carbone, plan hydrogène, politiques sectorielles) conduisent à une perspective de hausse modérée de la consommation d’électricité de 35% en 30 ans ».