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L’énergie nucléaire en questions Jean-Claude BRAUN Professeur Honoraire ENSEM-INPL. Les questions courantes :. Comment produit-on l’énergie nucléaire? L’énergie nucléaire est-elle intéressante? L’énergie nucléaire énergie propre? Tchernobyl est-il probable en France? - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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L’énergie nucléaireen questions
Jean-Claude BRAUNProfesseur Honoraire ENSEM-INPL
Les questions courantes : Comment produit-on l’énergie nucléaire?
• L’énergie nucléaire est-elle intéressante?
• L’énergie nucléaire énergie propre?
• Tchernobyl est-il probable en France?
• les tours de refroidissement dangereuses?
• Stocke-t-on le plutonium sans l’utiliser?
• L’enfouissement des déchets est-il à craindre?
• Que sont les réacteurs EPR? les surgénérateurs ?• La fusion thermonucléaire a-t-elle des atouts?
• La place du nucléaire face aux autres énergies ?14 octobre 2009 Association AMOPA 2
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Question n°1Comment produit-on de l’énergie
à partir du noyau?
• On casse des noyaux atomiques lourds (235U et 239Pu, appelés « fissiles ») par des neutrons: c’est le processus de fission (réacteurs actuels type REP)
• On fusionne des noyaux atomiques légers (1H, 2H, 3H, 3He): c’est la fusion (réacteurs futurs)
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La fission
• On casse des noyaux atomiques lourds (235U ou 239Pu), par des neutrons
• L’uranium naturel contient 99,3% d’238U et 0,7% d’235U; le 239Pu n’existe pas naturellement
• L’ 238U n’est pas fissile, mais « fertile »: bombardé par des neutrons, il devient 239Pu
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La fusion thermonucléaire• On fusionne des noyaux atomiques légers
(1H, 2H, 3H, 3He)• Condition: porter le milieu réactionnel à
des millions de degrés• La fusion génère alors 400 fois plus
d’énergie que son chauffage n’en a consommée
Rq: 1H constitue 99,98% de l’hydrogène naturel, 0,02% d’2H, 3H n’existe quasiment pas dans la nature, mais peut être produit à partir du lithium naturel; 3He non plus, mais peut provenir d’une première réaction de fusion.
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Question n°2 L’énergie nucléaire est-elle si intéressante que cela?
Si on la compare aux énergies traditionnelles, les différences sont considérables quant à la quantité d’énergie produite:
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Comparaison:énergie libérée par
La chute d’une molécule d’eau
tombant de 500m 1La combustion d’un atome de carbone 4000La fission du noyau d’un atome d’uranium 180.109
La fusion de 2 noyaux D+T 18.109
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Autre comparaison
Combustion d’1 kg de charbon 9 kWh
Fission d’1 kg d’uranium 24.106 kWh
Fusion d’1 kg d’hydrogène
D+T
94.106 kWh
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Question n°3 Peut-on se passer du nucléaire?
• C’est la seule énergie de masse connue à ce jour qui ne produise pas de CO2
• C’est la seule remplaçante sérieuse des énergies fossiles
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Pour fournir une puissance électrique de 1MW pendant un an, la consommation de «combustible»
est de:• 2 200 tonnes de charbon dans une centrale thermique• 1400 tonnes de pétrole dans une centrale thermique • 8 millions de tonnes d’eau pour une centrale
hydraulique sous 500 mètres de chute • 27 kg d’uranium enrichi dans une centrale nucléaire• 600 g de deutérium/tritium dans un réacteur à
fusion
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Question n°4: L’énergie nucléaire peut-elle être qualifiée de propre?
La production de 1000 MW pendant 1 an laisse en déchets :• Pour une centrale à charbon :
– 350.000 m3 de cendres– 6000 tonnes de poussières– 8 millions de tonnes de CO2
• Pour une centrale nucléaire :– 120 m3 de déchets faiblement radioactifs à vie courte– 5 m3 de déchets modérément radioactifs à vie longue– 2,5 m3 de déchets de haute activité vitrifiés, à vie longue
La gestion des déchets est simplifiée par leur faible volume
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La crainte des radiations
• La radioactivité émise à l’extérieur par une centrale nucléaire est de l’ordre du dixième de celle d’une centrale à charbon*, et inférieure
au centième de la radioactivité naturelle.
* la combustion du charbon libère les éléments radioactifs naturels qu’il contient : l’uranium et ses descendants, le
thorium et ses descendants, et le potassium.
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L’omniprésence de la radioactivité
• Le soleil est un « feu » nucléaire continuel, qui émet une radioactivité intense
• Le centre de la terre est le siège de réactions nucléaires nombreuses (magma en fusion)
• Beaucoup de minerais sont radioactifs (U, Th, Ac)
• L’homme est lui-même radioactif (Ra et K)
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Bilan de radioactivité pour l’homme
Chaque individu reçoit en moyenne 10000 désintégrations par seconde:
- 2300 proviennent de l’air et du sol
- 2800 des rayons cosmiques
- 2300 du radium contenu dans le corps
- 2600 du potassium des muscles
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Question n°5Va-t-on vers un épuisement
rapide des mines d’uranium?
• On peut couvrir les besoins du 21ème siècle et au-delà
• Si on met en place des surgénérateurs, on peut couvrir plusieurs milliers d’années
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Question n°6Un accident type Tchernobyl
est-il probable en France?• Les réacteurs occidentaux sont
d’une autre conception pour leur fonctionnement et pour leur sûreté que le RBMK russe
• Le risque zéro n’existe pas
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Les causes de l’accident de Tchernobyl
• Fautes de conception :– instable en dessous de 25% de sa puissance, tendance à
l’emballement– descente trop lente des barres de contrôle (20 s au lieu de 2 s sur
REP)– effet accélérateur des embouts de carbone des barres de contrôle– modérateur graphite inflammable (a causé l’incendie)– absence d’enceinte de confinement
• Fautes d ’exploitation :– 6 erreurs humaines : 3 mises hors-circuit volontaires des
sécurités, 2 violations de consigne, 1 non-respect de procédure d’essai.
– Si une seule de ces erreurs avait été évitée, il n ’y aurait pas eu explosion
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La crainte des accidents• Les accidents majeurs, tous causés par des fautes humaines,
n’ont pas eu d’effets sur la santé pour les réacteurs occidentaux (accident TMI en 1979, niveau 5 sur échelle INES).
• Celui de Tchernobyl a été dramatique sur un réacteur RBMK en 1986, instable par conception, qui ne respectait pas les critères de sûreté occidentaux.(accident niveau 7 échelle INES)
• Depuis ces accidents, les principes de sûreté qui prévalaient en occident sont acceptés mondialement, et des outils crédibles d’évaluation de sûreté ont vu le jour.
• Le bilan de tous les autres réacteurs dans le monde depuis 20 ans ne fait apparaître aucun accident majeur (27 incidents en France, tous inférieurs au niveau 5 INES)
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Question n°7: les tours de refroidissement
sont-elles dangereuses?
• La vapeur s’échappant des tours de refroidissement serait-elle chargée de radioactivité, et donc génératrice de nuages toxiques?
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Les différents circuits d’eau dans un réacteur REP
L’eau qui devient vapeur dans une tour appartient au circuit tertiaire, seule l’eau du circuit primaire est légèrement radioactive
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Question n°8Est-il vrai qu’on stocke
le plutonium sans l’utiliser?
• Le plutonium n’existe pas naturellement
• L’238U des centrales se transforme donc en 239Pu
• On le tire des déchets de combustible
• Il entre dans la fabrication du combustible MOX
Le combustible MOX• C’est un Mélange d’Oxydes :
- 6 à 7 % de Plutonium, tiré des déchets de combustible, sous forme d’oxyde PuO2
- 93% d’Uranium appauvri en U, sous forme d’oxyde UO2
• Plus coûteux que l’Uranium enrichi, mais il consomme le Plutonium
• Utilisé depuis 22 ans dans 20 réacteurs en France
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Question n°9L’enfouissement des déchets radioactifs est-il à craindre?
• Les études menées dans la Meuse montrent la très grande stabilité du site profondeur (500m)
• Le site d’OKLO au Gabon apporte des informations intéressantes :
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Les réacteurs naturels d’OKLO au Gabon
• Un site découvert en 1972, dans un gisement de minerai d’uranium
• Des réactions de fission naturelle il y a 2 milliards d’années
• 16 foyers de réaction pendant des milliers d’années
• Un parallélisme frappant entre la composition du minerai découvert et le combustible épuisé de nos réacteurs industriels
• Un champ expérimental exceptionnel pour l’étude de l’enfouissement !
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Question n°10La fin de vie d’un réacteur
pose-t-il problème?
• L’arrêt intervient après 30 ou 40 ans de fonctionnement
• La procédure suivant l’arrêt s’appelle le démantèlement
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Les 3 étapes du démantèlement d’une centrale
• Arrêt, déchargement du combustible (stocké sur place), équipements et bâtiments non nucléaires démontés (2 à 3 ans)
• Démontage et décontaminage des circuits auxiliaires, conditionnement et transfert des déchets radioactifs (4 à 5 ans)
• Pause de 40 ans (décroissance), démontage du reste des installations (4 à 5 ans), pour libération totale et inconditionnelle du site.
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Question n°11:Que sont les réacteurs EPR ?
• Evolution de la filière actuelle REP vers une 3ème génération de réacteurs
• 1650 MW contre 1450 actuellement
• Uranium enrichi à 5% et MOX
• +22% d’électricité/réacteur actuel à quantité de combustible égale
• -20% de déchets radioactifs
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Sûreté des EPR
• Enceinte de confinement renforcée (2 murs de 1,3 m d’épaisseur)
• Récupérateur en matériau réfractaire en cas de fusion du cœur
• 4 systèmes de refroidissement en cas d’arrêt d’urgence, indépendants et redondants
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Question n°12:Qu’est-ce qu’un surgénérateur?
• Réacteur de 4ème génération qui produit plus de combustible qu’il n’en consomme (environ 2 fois plus)
• Le cœur fissile est entouré d’une couverture de matériau fertile (238U devenant 239Pu ou 232Th devenant 233U)
• Permet de multiplier jusqu’à 100 fois la quantité d’électricité produite par une même quantité de minerai
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Types de surgénérateurs
• à neutrons rapides, les RNR, type Phénix et Superphénix, à sodium fondu
• à neutrons thermiques, les HTR ou VHTR, à sels fondus ou à hélium
=> Des projets sont envisagés à l’horizon 2030/2035
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Question n° 13 La fusion thermonucléaire
a-t-elle des atouts?• Un combustible très répandu, quasi-
inépuisable, équitablement réparti sur la planète,
• Des cendres peu dangereuses : de l’hélium et des déchets peu radioactifs (tritium)
• Un inconvénient : une technologie très complexe à mettre en œuvre
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Quelques ordres de grandeurpour la fusion
• Dans un verre d’eau, on pourra tirer autant d’énergie par fusion D+D que dans 70 kg de charbon!
• Et dans un verre d’eau lourde: 45 t de charbon!
• On pourrait couvrir la consommation annuelle mondiale (1014 kWh) avec 12 millions de m3 d’eau naturelle (le Rhône pendant 20 mn sous le pont d’Avignon)
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Question n°14 Quand apparaîtront les
premiers réacteurs à fusion?
• Faisabilité: projet ITER (à Cadarache), réacteur de 1000 MW, de 2015 à 2030
• Prototype: projet DEMO, réacteur de 6000 MW, de 2025 à 2050
• Réacteurs industriels: au-delà de 2050
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Question n°15 Quels sont les coûts comparés
des kWh produits?• Réacteurs actuels : coût total ~ 3 c€/kWh
(y compris tous les coûts externes, dont la gestion des déchets et le démantèlement, chiffre DGEMP conforté par une étude finlandaise récente)
• Fusion : non encore évalué• Centrale hydraulique: 2,2 c€/kWh• Centrale thermique gaz : 4 c€/kWh• Centrale thermique charbon : 5 c€/kWh
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La réalité des coûts du nucléaire pour un réacteur REP de 1300 MW
• Construction : 5 000 M€• Exploitation sur 40 ans : 5 000 M€• Démantèlement : 350 M€
-----------------• Au total : 10 35O M€
• Recettes totales de vente du courant: environ 35 000 M€
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Question n°16Quelle est la place actuelle du
nucléaire face aux autres énergies ?
• L’énergie nucléaire intervient essentiellement dans la production d’électricité
• Elle n’intervient dans les transports que maritimes
• Elle pourrait intervenir dans le chauffage urbain…
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Le nucléaire dans le monde
Production mondiale d'énergie primaire en 2003Biomasse et
déchets10,7%
Solaire-éolien-géothermie
0,5%Gaz
20,9%
Pétrole35,3%
Charbon24,1%
Nucléaire6,4%
Hydroélec.2,1%
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Le nucléaire en France
Production France d'énergie primaire en 2007
Charbon5%
Solaire-éolien-géothermie
0,1%Hydroélec.
2%
Biomasse et déchets
4,3%
Nucléaire41,5%
Pétrole33%
Gaz14%
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Production d’électricité en France
Production France d'électricité en 2007
Charbon4%
Solaire-éolien-géothermie
0,2%Hydroélec.11,8%
Biomasse et déchets
2,0%
Nucléaire78%
Pétrole1%
Gaz3,0%