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Dans le langage courant, l’énergie nucléaire correspond au processus de production d’énergie lors des réactions de fission ou de fusion nucléaire. Elle a lieu dans un réacteur nucléaire dans des centrales thermiques nucléaires. L’énergie de l’atome :
L’énergie nucléaire est le premier secteur producteur d’électricité en France. Elle possède de nombreux avantages mais également des défauts à haut risque. En somme, l’énergie nucléaire cristallise de nombreux débats.
Certains experts estiment qu’elle représente un moyen durable et efficace de lutter contre le changement climatique. D’autres pensent que la gestion des déchets radioactifs et le risque de catastrophe nucléaire l'emporte sur ses avantages. Qu’en est-il vraiment ? Comment fonctionne l’énergie nucléaire ? Qu’est-ce que la fission et la fusion et leur place au sein de l’énergie en France ?
L’énergie nucléaire ou atomique est un type d’énergie différent des énergies fossiles et renouvelables. Elle est produite à partir d’un combustible particulier : l’uranium. Ce composant est extrait du sous-sol terrestre. Grâce à la fission de l’atome d’uranium dans des centrales nucléaires, il est possible de produire de l’électricité. La fission des atomes d’uranium dégage énormément de chaleur et transforme l’eau contenue dans le réacteur en vapeur. Cette dernière actionne des turbines reliées à des alternateurs qui produisent ainsi de l’électricité.
Pour aller plus et comprendre ce qu’est réellement l’énergie nucléaire, il convient de ne pas se limiter à cette simple définition. En effet, le procédé de génération d’énergie atomique est plus complexe et passe par différentes étapes. Voici comment fonctionne l’énergie nucléaire.
Pour tout savoir sur l’énergie nucléaire, de l’extraction d’uranium à la production d’électricité.
L’énergie nucléaire permet de produire de l’électricité en respectant certaines étapes essentielles. Parmi celles-ci se tient en premier lieu l’extraction de l’uranium. Par la suite, son acheminement dans des centrales nucléaires permet de générer de l’électricité. Se pose, enfin, la place prise par les déchets nucléaires. Pour tout savoir sur le fonctionnement du nucléaire comme source d’énergie, c’est ici.
L’uranium est principalement extrait dans des mines souterraines. Il peut être aussi récupéré dans des mines à ciel ouvert, mais ce type d’extraction ne représente qu’une petite partie de la production. Une fois extrait, l’uranium est remonté à la surface pour être traité afin d’être utilisable dans les centrales nucléaires. Aujourd’hui, la moitié de la production d’uranium se fait par lixiviation in situ. C’est une technique d’extraction qui consiste à injecter une solution acide ou des carbonates dans le sol au niveau du minerai à extraire.
L’uranium est dissous et on pompe le liquide contenant ce composant. Cette technique d’extraction est utilisable seulement si le minerai se trouve dans un aquifère. Il faut aussi qu’il soit isolé entre des couches imperméables pour éviter toute pollution. Ce type de minage est moins cher à opérer que les minages traditionnels et demande moins d’investissement initial. Après traitement et purification, l’uranium s’apparente à une poudre concentrée, communément appelée yellowcake.
En savoir davantage sur le yellowcake
Le yellowcake est un concentré d’uranium, non soluble dans l’eau et pouvant fondre à 2878°C. Il résulte de deux méthodes de production. La première, acide, comprend de l’acide sulfurique H2SO4 mélangé, à chaud, avec du chlorate de sodium NaCIO3. La seconde méthode implique du carbonate de sodium, de la chaux, de la sidérite et de l’oxygène.
Une fois transporté dans une centrale nucléaire, ce concentré d’uranium sous forme de pastille est empilé dans de longs tubes métalliques appelés crayons. Ils sont ensuite placés dans une cuve en acier remplie d’eau et constituent ainsi le cœur du réacteur nucléaire. Sous l’effet de la fission des atomes d’uranium, les tubes chauffent l’eau à 320 degrés Celsius. Mise sous pression pour la maintenir à l’état liquide, cette eau est ensuite dirigée vers le générateur de vapeur.
Au contact des tuyaux parcourus par l’eau à haute température du circuit primaire, l’eau du circuit secondaire s’échauffe à son tour et s’évapore. La vapeur ainsi produite fait tourner une turbine qui entraîne à son tour un alternateur. À l’intérieur de ce dernier, l’interaction entre les électroaimants du rotor, la partie mobile, et les bobines de fil de cuivre du stator, la partie fixe, produit un courant électrique.
Ensuite, un transformateur élève la tension de ce courant à 225 000 ou 400 000 volts pour qu’il soit transporté plus facilement dans les lignes à très haute tension du réseau. En sortant de la turbine, la vapeur est retransformée en eau grâce au circuit de refroidissement pour être renvoyée vers le générateur de vapeur. Un nouveau cycle commence alors.
La production d’électricité d’origine nucléaire produit de la radioactivité et des déchets radioactifs. En France, ces déchets nucléaires sont récupérés et mélangés à du verre fondu. Ce mélange est ensuite coulé dans un baril en inox parfaitement étanche, mais hautement radioactif. La majeure partie de ces déchets sont entreposés à la pointe du Cotentin, à la Hague. Les barils doivent y rester pendant quelques dizaines d’années. Ils sont empilés sous des dalles en béton, enfermé dans un bâtiment dont les murs font 1,4 mètre d’épaisseur.
Cependant, un problème se pose : les déchets nucléaires peuvent émettre un rayonnement radioactif durant 100 000 ans. Or, aucun bâtiment n’est éternel. De ce fait, le gouvernement français envisage une autre solution pour stocker ces déchets. Cette dernière consiste à les enfouir à grande profondeur pendant plusieurs dizaines de milliers d’années.
L'énergie nucléaire ne sert pas qu'à produire de l'électricité
Bien que l’énergie nucléaire serve principalement à produire de l’électricité, elle sert dans les secteurs sanitaires, militaires ou encore environnementaux. On pense particulièrement à la dissuasion nucléaire.
Le principe de la réaction nucléaire, qui permet de produire de l’électricité, repose sur la fission nucléaire. Ce phénomène consiste à lancer un neutron sur le noyau d’un isotope lourd, de l’uranium 235. Parfois, le noyau percuté va alors se diviser en deux noyaux plus petits. Cette réaction provoque un dégagement d’énergie très important. La fission nucléaire entraîne aussi l’émission d’autres neutrons. Ces derniers viennent à leur tour percuter d’autres noyaux, ce qui à pour effet d’entraîner une réaction en chaîne. Dans le cœur du réacteur d’une centrale nucléaire, cette réaction se réalise dans des conditions stables, lentes et contrôlées.
Comment est produite l’électricité issue de l’énergie nucléaire ?
La fusion nucléaire est une réaction dans laquelle deux noyaux s’assemblent pour n’en former qu’un plus lourd. Cette fusion provoque également un dégagement d’énergie. Il est même bien plus important que celui entraîné par la fission. Cependant, puisqu’elle n’a lieu qu’à des températures extrêmement élevées, quand la matière est à l’état de plasma, reproduire ce type de réaction dans une installation construite par l’Homme est difficile. Des expérimentations sont tout de même actuellement menées pour un usage civil.
La France, l’énergie nucléaire est encore majoritairement utilisée pour produire de l’électricité. Même si l’investissement de base est important, le coût d’exploitation est relativement faible par kilowattheure produit. Cependant, sous l’action des derniers gouvernements, l’heure est au démantèlement des réacteurs vieillissants et au développement des énergies renouvelables.
Produire de l’énergie nucléaire nécessite des investissements importants. En effet, la construction d’une centrale atomique coûte plusieurs milliards d’euros. Cependant, son prix d’exploitation est relativement faible comparé à la puissance électrique produite.
C’est pour cette raison qu’une stratégie de production d’énergie nucléaire se base sur le long terme. La centrale est construite pour durer plusieurs dizaines d’années, ce qui permet de rentabiliser le projet. De plus, le coût de l’uranium est globalement très faible dans l’équation. En somme, le nucléaire permet de produire de l’électricité pas chère.
Les investissements dans le secteur du nucléaire sont toujours d’actualité malgré les différentes voix qui s’élèvent contre ce système de production d’électricité. La Chine et les États-Unis sont actuellement en train de développer en partenariat un réacteur nucléaire à sels fondus, qui permettrait de produire de l’énergie encore moins coûteuse. Les chercheurs se penchent aussi sur un nouveau type de réacteur : les petits réacteurs modulaires.
1 kilo d'uranium équivaut à 10 tonnes de pétrole
D’après le CEA, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, un kilo d’uranium produit autant d’énergie que 10 tonnes équivalent pétrole (TEP) lorsqu’il est utilisé dans des centrales nucléaires.
Comme dit plus haut, l’investissement très élevé nécessaire à la construction d’une centrale nucléaire est rentabilisé sur le long terme grâce au coût de l’énergie qui est plutôt bas. Même si les dépenses d’investissement sont très élevées, elles sont à étaler dans le temps et à mettre en perspective de la quantité d’électricité produite.
En France, le coût du MWh d’énergie nucléaire s’élève environ à 49,50€ dans les centrales les plus anciennes. Depuis la catastrophe de Fukushima, le prix moyen a augmenté. À l’époque, il était environ de 42€. Dans les centrales qui sont en cours de développement comme l’EPR de Flamanville, le coût devrait avoisiner les 80€/MWh. Ce coût plus élevé s’explique par le fait que les frais de construction de cette centrale nouvelle génération ne cessent d’être revue à la hausse.
Le mix électrique représente les différentes sources d’énergie qui interviennent dans le système de production d’électricité en France. Le pays utilise le nucléaire, le solaire, l’hydroélectricité, l’énergie éolienne, la bioénergie et les combustibles fossiles. Toutes ces sources d’énergie différentes permettent de produire de l’électricité en fonction des besoins de chaque région. D’après le bilan électrique français 2020 du RTE, la répartition des différentes sources d’énergie dans le mix électrique français est la suivante :
On s’aperçoit donc que l’énergie nucléaire est encore majoritairement présente dans le mix énergétique français et que c’est ce secteur qui produit le plus d’électricité. Cependant, si l’on met ces chiffres en comparaison des derniers rapports, on constate que la part du nucléaire dans le mix électrique en France est en diminution. Cette situation s’explique par le fait que le gouvernement français souhaite réduire progressivement la part de l’énergie nucléaire et faire des centrales afin d’effectuer la transition écologique. C’est aussi pour cela que les énergies renouvelables prennent de plus en plus de place dans le mix électrique français.
Développement des énergies renouvelables en France
Depuis 2005, la production d’électricité grâce aux énergies renouvelables connaît une croissance constante. Cette situation s’explique par le développement de plus en plus rapide des filières solaires, hydrauliques et éoliennes. Ce changement de cap dans le système de production d’énergie est notamment poussé par l’urgence de la situation climatique.
L’énergie nucléaire cristallise beaucoup de débats autour de ses avantages et de ses défauts. S’il est vrai que la production d’électricité par réaction atomique émet très peu de CO2, les déchets qu’elle produit sont très problématiques, car les Hommes ne savent pas les traiter. Retour sur les avantages et les inconvénients de l’énergie nucléaire.
Même si l’énergie nucléaire est critiquée par les associations de défense de l’environnement, il est tout de même important de préciser qu’elle possède des avantages indéniables. Voici les principaux avantages de l’énergie nucléaire :
Tous ces avantages permettent d’alimenter les foyers français en électricité en grande quantité. Ce n’est pas tout puisque les réacteurs nucléaires actuels qui fonctionnent à l’uranium pourraient bientôt pouvoir utiliser d’autres types de carburant comme le thorium. Les chercheurs travaillent d’arrache-pied pour moderniser le secteur. L’énergie nucléaire à donc encore de l’avenir.
Outre ses avantages certains, l’énergie nucléaire comporte aussi de nombreux défauts. Ils sont d’ailleurs pointés du doigt par les associations de défense de l’environnement du fait de la dangerosité extrême de certains d’entre eux. Voici les principaux inconvénients de l’énergie nucléaire :
L'énergie nucléaire est-elle une énergie verte ?
De plus en plus de spécialistes s’accordent sur le fait que l’énergie nucléaire est une énergie verte. Selon eux, elle ne rejette que très peu de CO2 dans l’atmosphère et ne pollue pas l’environnement de manière importante. De plus, les dangers sont mineurs si l’entretien des centrales nucléaires est fait dans les règles.
Après avoir vu ce qu’est réellement la production d’énergie nucléaire, sa place dans le mix électrique français et ses avantages et inconvénient, il est naturel de se demander si ce secteur est une solution pour l’avenir. De nombreux chercheurs se penchent sur la question et certains affirment même le fait que l’énergie nucléaire est un moyen de lutter contre le changement climatique.
D’un autre côté le gouvernement français souhaite sortir du nucléaire afin de privilégier les énergies renouvelables. L’énergie de l’atome est-elle donc vraiment une solution d’avenir ? Le débat cristallise une situation plus complexe qu’il n’y paraît.
Aujourd’hui encore, c’est le secteur du nucléaire qui produit le plus d’électricité en France. Cependant, avec les nouvelles directives gouvernementales et notamment la loi de transition énergétique pour une croissance verte, la part du nucléaire risque de diminuer dans les années à venir. L’objectif est de réduire cette dernière à 50% d’ici 2035. Pour tenir cet engagement, 14 réacteurs nucléaires doivent fermer. Initialement, cette promesse devant être tenue en 2025, mais le gouvernement français a finalement repoussé le plan de quelques années.
À terme, pourra-t-on se passer entièrement d’énergie nucléaire ? Rien n’est moins sûr.
Cette diminution progressive de l’énergie nucléaire dans le mix électrique français s’explique par le développement des énergies renouvelables. Depuis 2005, le développement de ce secteur est en pleine croissance. Par exemple, la France est le premier producteur d’hydroélectricité parmi les Etats membres de l’Union européenne. Ce n’est pas tout puisque l’énergie solaire se développe à grand pas ainsi que l’éolien en terre ou en mer. Pour compenser la fermeture des centrales nucléaire d’ici 2030, il faut que le secteur des énergies renouvelables se développe encore plus.
Malgré la décision de l’État de diminuer la part de l’énergie nucléaire, de nombreuses voix s’élèvent pour affirmer que celle-ci est un moyen de lutter contre le changement climatique. L’argument principal en faveur de l’atome est le suivant : les centrales nucléaires n’émettent pas de CO2 dans l’atmosphère, seulement de la vapeur d’eau. Il est vrai que l’énergie nucléaire permet de produire de grande quantité d’électricité sans polluer l’air. De plus, il est même possible de produire de la chaleur par cogénération. Cette dernière pourrait même servir au chauffage urbain.
L’énergie nucléaire possède donc de nombreux avantages en faveur de la transition énergétique. C’est la seule filière non-carbonée, avec l’hydraulique, à pouvoir produire de grande quantité d’électricité sans rejeter de CO2 dans l’atmosphère. De plus, les défenseurs du nucléaire interpellent sur le fait que la stratégie énergétique de la France ne doit pas seulement se baser sur les énergies renouvelables.
Il est nécessaire de conserver une certaine flexibilité dans la production électrique, notamment pour répondre aux fortes demandes futures en matière d’énergie. Les sources d’énergie renouvelables comme le solaire ou l’énergie éolienne étant intermittentes, elles ne peuvent pas répondre à une forte demande, toute l’année.
L'énergie nucléaire, un complément des énergies renouvelables
Il est tout à fait possible d’imaginer qu’à l’avenir, les énergies renouvelables se soient très bien développées mais que le nucléaire conserve sa place dans la production d’électricité en France. En effet, l’atome pourrait garantir une production importante, stable et sans émission de CO2 en complément des sources renouvelables qui sont intermittentes par nature.
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