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Centrales nucléaires en France : quel rôle dans la transition énergétique ?

  • Temps de lecture: 9 - 10 min
Centrale nucléaire
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Les centrales nucléaires produisent une grande partie de l’électricité française et sont un des piliers de la transition énergétique en France. Cette énergie omniprésente s’inscrit dans les objectifs nationaux de neutralité carbone, mais quel est son avenir dans l'Hexagone ?

Pas de lumière sans centrales nucléaires ! Derrière les grandes colonnes en béton relâchant des nuages de vapeur d’eau dans le ciel se cache un système complexe et sensible, qui produit la majeure partie de l’électricité en France. Fission nucléaire, réacteurs quatrième génération et gestion des déchets radioactifs : les enjeux sont nombreux pour les sites nucléaires, et leur rôle dans la transition énergétique français ne fait que croître, malgré des débats parfois échauffés sur la question. Comment fonctionne une centrale nucléaire ? S’agit-il vraiment d’une énergie décarbonée ? Quelles sont les innovations mettant les centrales nucléaires au service de la transition énergétique ? Big média fait le point.

Comment fonctionne une centrale nucléaire ?

Une centrale nucléaire est un système complexe qui s’articule autour d’un réacteur et d’un phénomène de fission atomique qui permet de produire de l’électricité. En France, l’énergie nucléaire est exploitée depuis les années 1960 et produit l’essentiel de l’électricité du territoire. Mais comment fonctionne exactement une centrale nucléaire ? 

Le fonctionnement d’une centrale nucléaire repose principalement sur ce qui a lieu dans le réacteur, où se trouve l’uranium. L’énergie nucléaire est extraite par fission, un phénomène de division des atomes radioactifs, qui produisent alors une énergie sous forme de neutrons. Cette énergie génère de la chaleur qui à son tour est exploitée pour produire de la vapeur, injectée dans un générateur, lequel alimente une turbine liée à un alternateur afin de produire l’électricité. Ce système est relié à un circuit de refroidissement nécessaire pour éviter la surchauffe du système.

Schéma : fonctionnement d’une centrale nucléaire de type REP

Fonctionnement d’une centrale nucléaire de type REP
Source : Commissariat à l’énergie atomique (CEA)

Les centrales nucléaires sont le plus souvent équipées de réacteurs à eau pressurisée (REP). Ce système est composé de trois circuits d’eau, fermés et étanches : 

  • un circuit primaire où a lieu la réaction nucléaire ;
  • un circuit secondaire qui génère la vapeur et la transforme grâce au condenseur ;
  • un circuit tertiaire de refroidissement. 

Une centrale nucléaire est un système complexe qui demande beaucoup de contrôle et de gestion.  La sécurité d’une centrale nucléaire passe par le confinement de l’élément radioactif, le refroidissement du combustible et la stabilité de la production énergétique.

Fonctionnement et typologie des réacteurs nucléaires

La fission nucléaire est le point commun de tous les réacteurs nucléaires, mais il en existe différents types, qui diffèrent selon le fluide caloporteur utilisé, le combustible source ou encore la puissance. En France, toutes les centrales nucléaires sont équipées de réacteurs à eau sous pression (REP), dont le combustible est l’uranium enrichi et qui servent à la production d’électricité. Les autres types de réacteurs incluent : 

  • les réacteurs à eau bouillante (REB), le deuxième type de réacteur le plus répandu. L’eau est chauffée et injectée dans les turbines, le réacteur ne comporte pas de circuit secondaire mais un circuit unique eau-vapeur ;
  • les réacteurs à eau lourde, peu exploités. Ils se basent sur l’utilisation d’uranium naturel et non pas enrichi comme dans les autres réacteurs. Leur eau est composée d’oxygène et de deutérium et absorbe moins les neutrons ;
  • les réacteurs à neutrons rapides (RNR), dans lesquels le combustible utilisé associe uranium et plutonium et fonctionne sans modérateur afin d’exploiter au maximum le potentiel du combustible. Le fluide caloporteur n’est pas de l’eau mais du sodium ou du plomb liquide ;
  • les réacteurs caloporteurs gaz (RCG) sont au nombre de 15 au Royaume-Uni et sont aussi utilisés en Chine. Le fluide caloporteur du réacteur est le CO2 qui, une fois chauffé, alimente directement la turbine. Ce type de réacteur a une puissance faible, comprise entre 100 et 300 MW.
  • les réacteurs pressurisés européens (ou EPR, pour European pressurized reactor), conçus dans une optique de sûreté et de rentabilité accrue. Les EPR ont une puissance de 1660 MW et intègre des systèmes de sûreté novateur, ils reposent sur un combustible MOX (mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium) qui facilite le recyclage des matières radioactives. Trois réacteurs EPR sont opérationnels actuellement, en Chine et en Finlande, et trois autres sont en construction, dont 2 à la centrale nucléaire de Flamanville en France.

Schéma : fonctionnement d’un réacteur nucléaire

Fonctionnement d’un réacteur nucléaire
Source : Commissariat à l’énergie atomique (CEA)

Autre élément de différence pour les réacteurs nucléaires : leur âge. On en distingue actuellement 4 générations. 

  • La 1e génération date des années 1960. Il s’agit des premiers réacteurs démontrant la mise au service de l’énergie atomique pour l’énergie civile grâce à l’utilisation d’uranium naturel, car il n’existait pas encore de filière d’enrichissement de l’uranium.
  • La 2e génération a été mise en service dans les années 1970 pour accroître l’indépendance énergétique de la France et faire face au choc pétrolier. Elle constitue encore la majorité des réacteurs en service dans le monde. 
  • La 3e génération, développée avec des objectifs de sûreté et de sécurité nucléaire, notamment suite à l’accident de Tchernobyl. Cette génération prend progressivement le relais sur les réacteurs de deuxième génération.
  • La 4e génération représente le nucléaire de demain. Ces réacteurs à neutrons rapides sont en cours de conception afin d’être mis en service dans la deuxième moitié du XXIe siècle.

Schéma sur les générations de réacteurs nucléaires

Schéma sur les générations de réacteurs nucléaires
Source : CEA

Etat des lieux des centrales et réacteurs nucléaires en France

La France est le pays européen ayant la production d’énergie nucléaire la plus élevée : 99 millions de tonnes équivalent de pétrole (Mtep) en 2021, soit plus de la moitié de la production totale en Europe.

Combien y a-t-il de centrales nucléaires en France ? 

La France compte 18 centrales nucléaires, une puissance totale de 63 GWe et 56 réacteurs nucléaires de puissances électriques différentes : 

  • 32 réacteurs de 900 MWe ;
  • 20 réacteurs de 1300 MWe ;
  • 4 réacteurs de 1450 MWe.

Carte des réacteurs nucléaires exploités par EDF : 

Carte des réacteurs nucléaires exploités par EDF
Source : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN)

La place du nucléaire dans le mix énergétique français

Selon le bilan électrique national RTE de 2023, le nucléaire fournit 63% de la production électrique avec un taux de disponibilité du parc nucléaire de seulement 54% (en raison de mises à l’arrêt de réacteurs pour maintenance). En 2022, le nucléaire représente 37% du bouquet énergétique primaire français (30% pétrole, 16% gaz naturel, 15% énergies renouvelables).

Bon à savoir - La place du nucléaire à l’échelle de l’Union européenne
Les centrales nucléaires représentent 25,2% de la production électrique européenne en 2021 et 21,9% de la production nette d’électricité en 2022. En 2023, une Alliance européenne du nucléaire a été mise en place afin de reconnaître le rôle du nucléaire dans la décarbonation de l’économie et de l’énergie européenne et développer une stratégie de sécurité et d’autonomie.
L’énergie nucléaire sert à générer de l’électricité pour l’industrie, les logements ou le secteur tertiaire. Cette énergie n’est pas stockée et est immédiatement injectée dans le réseau électrique national. Le nucléaire joue un rôle prépondérant dans le mix énergétique français, cette source d’énergie présente deux avantages significatifs :
-faibles émissions de CO₂ : le nucléaire émet peu de dioxyde de carbone (CO₂), contribuant ainsi à la réduction du réchauffement climatique ;
-indépendance énergétique : en utilisant l’énergie nucléaire, la France limite sa dépendance vis-à-vis des fluctuations des prix du pétrole, du charbon ou du gaz.

La place du nucléaire à l’échelle de l’Union européenne
Source : rte-france.com, éCO2mix - La production d'électricité par filière, 16/05/2024

Arrêts et roulements : les enjeux de maintenance des centrales nucléaires

Un réacteur nucléaire a deux phases d’activité : la production, qui dure entre 12 et 18 mois, et l’arrêt dit « de tranche », qui permet d’effectuer des opérations diverses : 

  • ASR (arrêt pour simple rechargement), qui correspond au calendrier de la production et durer 35 jours afin de recharger une partie du combustible ;
  • VP (visite partielle), afin d’effectuer des opérations de maintenance/contrôle, peut durer 60-90 jours ;
  • VD (visite décennale), tous les 10 ans, contrôles approfondis concernant l’intégrité et l'efficacité des circuits et du réacteur. Cette visite permet de déterminer si le réacteur peut rester en fonctionnement.

En moyenne, 43 arrêts sont effectués annuellement sur les réacteurs des centrales nucléaires françaises afin de procéder aux divers contrôles de sûreté et à la recharge du combustible. 

Le rôle des centrales nucléaires françaises dans la transition énergétique

La COP28 de 2023 reconnaît le nucléaire comme une solution de décarbonation de l’énergie. En effet, les centrales nucléaires ont un rôle à jouer dans les ambitions de neutralité carbone, mais il est important de prendre en compte le vieillissement du parc nucléaire français et de mettre en place des solutions adéquates. En France, la politique de transition énergétique vise à intégrer le nucléaire dans la stratégie de décarbonation nationale.

Le nucléaire : un pilier essentiel pour un mix énergétique décarboné

L’énergie nucléaire est inclue dans la contribution à l’objectif de neutralité carbone à l’horizon 2050 exprimé par l’Accord de Paris, le Pacte vert européen et la Stratégie nationale bas-carbone (SNBC).

La stratégie française pour l’énergie et le climat fixe un objectif de production annuelle de 400 TWh, et un minimum 360 TWh. EDF a lancé un programme de construction de 6 réacteurs EPR2 (pour Evolutionary Power Reactor 2, un réacteur nucléaire à eau pressurisée de génération 3+) pour une puissance totale de 1670 MW. Un projet qui porte de nombreux enjeux : intégration des mesures de sûreté et sécurité post-Fukushima, réduction des rejets environnementaux de 20%, simplification du génie civil, etc.

La loi du 22 juin 2023 sur l’accélération des procédures nucléaires

La loi d’accélération des procédures nucléaires du 22 juin 2023 supprime l’objectif de la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie (PPE) d’atteindre 50% de nucléaire dans le mix électrique français d’ici 2035, jugé trop bas et inadéquat au vu des enjeux de souveraineté énergétique et des ambitions du gouvernement. Cette mesure s’inscrit dans une volonté de faire du nucléaire un pilier de la transition énergétique national, en retirant toutes les limites à son développement.

Cette loi, qui a pour but de développer l’énergie nucléaire sur le territoire, prévoit également d’accélérer la construction des réacteurs EPR2 grâce à une réduction des démarches administratives : le permis de construire est supprimé pour les nouvelles installations nucléaires et est remplacé par un contrôle des règles d’urbanisme par l'État lors de la demande d’autorisation environnementale. La loi autorise aussi la construction de réacteurs nucléaires sur le littoral, jusqu’alors interdite. Enfin, elle inclut une prolongation des installations nucléaires actuelles et une intégration des conséquences du changement climatique dans les rapports de sûreté.

Bon à savoir : Le chantier des réacteurs EPR en France
En 2022, Emmanuel Macron annonçait la construction de 6 réacteurs EPR 2, dans la lignée de l’objectif de neutralité carbone en 2050. La création de ces 6 réacteurs prévoit une production de 63 GW, équivalente à la capacité nucléaire actuelle. 
Début 2024, le Président de la République a confirmé que huit autres réacteurs EPR 2 feront partie du programme d’accélération du nucléaire, soit un total de 14 chantiers, pour un budget total estimé à 100 milliards d’euros. Le réacteur EPR 2 de la centrale de Flamanville, le premier du programme à voir le jour, devrait entrer en service à la mi-2024.

 

France 2030 et le nucléaire de demain : vers une énergie décarbonée et des réacteurs nucléaires innovants

Le plan France 2030 est un plan d’investissement concernant l’industrie, l’innovation technologique et la transition écologique. Il contient notamment une stratégie de relance de la filière nucléaire, et entend en faire une clé de voûte de la transition énergétique et de la décarbonation du mix énergétique français.

Le plan France 2030 inclut 4 objectifs, tous inscrits dans les stratégies nationales de décarbonation de l’économie et de l’énergie : 

  • diversifier les usages du nucléaire ;
  • réduire le volume de déchets et leur radioactivité ;
  • augmenter l’autonomie stratégique de la filière ; 
  • améliorer la sûreté et la sécurité des centrales nucléaires.

L’innovation au service du développement des centrales nucléaires avec les réacteurs de petits tailles (Small Modulars Reactors SMR)

Autre projet porté par le plan France Relance 2030, celui du développement des SMR (small modular reactors), ou petits réacteurs modulaires. Il s’agit de réacteurs nucléaires de petite puissance (entre 20 et 300 MW) assemblés sur site afin de répondre à des besoins locaux en énergie. Il peut fonctionner en cogénération et produire chaleur et/ou électricité, afin de compléter l’offre nucléaire actuelle. 

Le projet français SMR NUWARD, porté par EDF, est composé de 2 réacteurs de 170 MWe chacun. Il représente une innovation majeure dans le domaine nucléaire et le développement de nouvelles technologies dans le cadre de la transition énergétique. Le but, à terme, est de remplacer les centrales à charbon, approvisionner des communes et sites industriels environnants en électricité et soutenir les réseaux à capacité limitée.

Des réacteurs nucléaires innovants dans les domaines de la fission et de la fusion nucléaire

L’avenir du nucléaire et son poids dans la transition énergétique reposent sur la recherche et l’innovation dans la filière. De nouveaux types de réacteurs à fission sont développés afin d’améliorer le recyclage et la capacité de production des centrales nucléaires, par exemple grâce aux réacteurs à très haute température (RTHT), les réacteurs à sels fondus, au thorium ou à neutrons rapides. 

Autre piste pour le nucléaire de demain : la fusion nucléaire. Les réacteurs à fusion reposent sur la fusion de deux noyaux et peuvent produire une énergie quatre fois supérieure à celle des réacteurs à fission. Ils utilisent deux combustibles (deutérium et tritium) et présentent de nombreux avantages : aucune émission de GES, des déchets à faible activité et à vie courte ou moyenne et moins de risques. Ces réacteurs nucléaires sont encore au stade d’étude. En France, le projet de recherche ITER réunit 35 pays pour développer un réacteur à fusion nucléaire depuis 2007. Le but : construire un réacteur de recherche, DEMO, afin de porter l’expérimentation à l’échelle de la production industrielle. 

Limites et enjeux du développement des centrales nucléaires

Les centrales nucléaires sont essentielles dans le mix énergétique et électrique français et font partie des stratégies de transition énergétique et de neutralité carbone. Cependant, elles présentent des enjeux importants, comme le traitement des déchets radioactifs, la sûreté des sites et la sécurité des réacteurs. 

La sûreté nucléaire, un enjeu majeur

Les risques liés à la sûreté nucléaire ont été mis en lumière par la catastrophe de Tchernobyl mais aussi l’accident de Fukushima et les actuels risques autour de la centrale de Zaporijia en Ukraine, cible de l’offensive russe. En France, l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) est chargée de l’évaluation de la sûreté des centrales et des diverses installations nucléaires. 

Le projet de loi sur l’organisation et la gouvernance de la sûreté nucléaire prévoit la création d’une Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR) en 2025 pour remplacer l’ASN et inclure les missions de l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN). Le but de cette entité est d’améliorer les procédures de sûreté nucléaire et de faire la promotion des métiers du secteur. 

Bon à savoir - Le nucléaire dans la Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE)
La Programmation Pluriannuelle de l’énergie (PPE) sert de feuille de route à la politique énergétique et climatique de la France et fixe des objectifs par filière énergétique sur des périodes données. 
Concernant le nucléaire, la PPE prévoit la fermeture de 4 à 6 réacteurs nucléaires d’ici 2028 (dont les 2 réacteurs arrêtés de la centrale de Fessenheim) et la fermeture de 14 réacteurs de 900MW d’ici 2035 (dans les centrales de Blayais, Bugey, Dampierre, Chinon, Tricastin, Cruas et Gravelines) selon les échéances de leur visite décennale.

 

La gestion des déchets et l’impact environnemental des centrales nucléaires

La gestion des déchets nucléaires fait l’objet de nombreux débats. Il existe une différence entre les  matières radioactives et les déchets radioactifs.

  • Les matières radioactives sont des substances radioactives pouvant avoir un usage ultérieur après traitement. Elles sont stockées en attendant leur réutilisation.
  • Les déchets radioactifs sont des substances qui n’ont aucune utilisation ultérieure et qui peuvent avoir une activité radioactive faible, haute ou moyenne pendant une durée plus ou moins longue.

Les déchets radioactifs doivent être confinés dans des installations dédiées sous l’égide de l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra).

Les innovations de la filière nucléaire concernent également le traitement des déchets. En France, il existe un programme de recherche et développement sur les techniques de multi-recyclage en réacteurs à eau pressurisée (MRREP). Ce programme s’inscrit dans le plan France 2030 qui entend étudier la faisabilité du MRREP et dont l’objectif est d’augmenter la quantité de matières recyclées dans les réacteurs français.

 

Sources : 

France 2030 accélère le nucléaire de demain en misant sur la formation et l’innovation, Ministère de la Transition Écologique

La transition énergétique en France, Ministère de la Transition Écologique

France 2030 : un plan ambitieux sur le nucléaire de demain, Ministère de l’économie

Le parc des réacteurs nucléaires français, IRSN

Loi du 22 juin 2023 relative à l’accélération des procédures liées à la construction de nouvelles installations nucléaires, Vie Publique

La filière nucléaire, Conseil national de l’industrie

Comment une centrale nucléaire produit-elle de l’électricité ?, Société française d’énergie nucléaire (Sfen)

Les composants d’un réacteur nucléaire, CEA

Le fonctionnement d’un réacteur nucléaire, CEA

Bilan électrique 2022, RTE

Énergie nucléaire : quels sont les principaux pays producteurs en Europe ?, Toute l’Europe