Energie nucléaire

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Energie nucléaire

Introduction
Grâce à la découverte en 1896 par Henri Becquerel du phénomène de la radioactivité naturelle, l'homme a pu produire de l'énergie nucléaire dès les années 1940. Solution d'avenir pour les uns, technologie trop dangereuse pour les autres, ce dossier fait l'état des lieux.

1 - La radioactivité
La découverte de la radioactivité naturelle à la fin du XIX° siècle s’est faite en plusieurs étapes.
Le 8 novembre 1895, le physicien allemand Wilhelm Röntgen découvre un rayonnement invisible qui est capable d’impressionner une plaque photographique. En raison de son étrangeté, il le nomme "rayons X". Interposant sa main sur le trajet de ces rayons, il parvient à enregistrer une image de ses phalanges sur une plaque photographique. La radiographie vient de naître.
Le 20 janvier 1896, le mathématicien Henri Poincaré présente la découverte de Röntgen à l’Académie des sciences. Henri Becquerel est présent et se demande d’où peuvent bien venir ces mystérieux rayons invisibles. Poincaré, passionné par la physique, suggère alors à Becquerel d’étudier si il y a un lien entre la fluorescence qui accompagne l’émission des rayons X et les rayons eux-mêmes. La fluorescence est une émission lumineuse produite par certains corps quand ils ont été eux-mêmes illuminés auparavant.
Après quelques essais infructueux avec différents matériaux, Becquerel utilise des cristaux de sels d’uranium qu’il expose au soleil sur une plaque photographique enveloppée de carton noir pour la protéger de la lumière. La plaque est impressionnée à travers le carton. Il en déduit que ce sel émet des rayons X après excitation par la lumière.
Mais sa découverte capitale n’est pas encore là ; elle viendra quelques jours plus tard et sera le fruit du hasard. En effet, peu de temps après son expérience réussie, Becquerel veut la répéter ; il prépare son matériel, mais ce jour là à Paris le soleil est intermittent. Remettant son expérience à plus tard, il range plaques photographiques et sels d’uranium dans un tiroir. Le 1er mars, par acquit de conscience, il décide de développer les plaques qui sont restées dans l’obscurité du tiroir. A sa grande stupéfaction, il découvre alors qu’elles ont été fortement impressionnées dans le noir. Cette impression est donc indépendante de la fluorescence de l’uranium ; le sel d’uranium émet spontanément des rayons pénétrants, qu’il ait été ou non exposé à la lumière du soleil. La radioactivité vient d’être découverte.
A partir de 1898, Pierre et Marie Curie s’intéressent aussi à ce phénomène et découvrent le polonium et le radium.
Le 26 mars 1900, Becquerel identifie le rayonnement bêta du radium comme étant une émission d’électrons et réalise ainsi la première détection d’une particule élémentaire. Puis, Pierre Curie constate que le radium dégage une énergie considérable, un million de fois supérieure à toute énergie de combustion connue ; c’est la première reconnaissance de l’énergie nucléaire.
Les dangers de la radioactivité pour la santé ne sont pas immédiatement identifiés ; au contraire, de nombreuses propriétés thérapeutiques sont attribuées au radium qui devient populaire comme tonifiant et est prescrit sous forme de poudre, crème, boisson, compresses, dentifrice et même talc pour bébé. Un grain de radium sera présenté à l’exposition universelle de 1904, à Saint Louis dans le Missouri pour satisfaire la curiosité du public.
Les effets biologiques de l’énergie dégagée par la radioactivité sont observés accidentellement par Becquerel. Transportant dans sa poche une ampoule de radium, il constate au bout de quelques heures une rougeur sur sa peau qui se transforme en brûlure. Pierre et Marie Curie confirment cette observation en expérimentant sur eux-mêmes. C’est la naissance de ce qui va devenir la radiothérapie.
Becquerel et les Curie reçoivent le prix Nobel de physique en 1903 pour leur découverte de la radioactivité. Elle va ouvrir la voie à la physique nucléaire, à l’énergie nucléaire, à l’étude de la structure de la matière et à la physique des particules élémentaires. En 1911, Rutherford établit l’existence du noyau atomique et nomme proton le noyau d’hydrogène. Il comprend qu’il doit exister un proton neutre ou neutron qui sera identifié par Chadwick en 1932. En 1934, Frédéric et Irène Joliot-Curie découvrent la radioactivité artificielle et Fermi met en évidence la capture des neutrons par les noyaux ; en 1938, Meitner, Hahn et Strassmann découvrent la fission nucléaire et au début de 1939, Frédéric Joliot comprend les réactions en chaîne, la possibilité de produire de l’énergie nucléaire et de fabriquer des armes nucléaires.
Le 2 décembre 1942, le premier réacteur nucléaire, construit par Fermi, démarre à Chicago.

Qu'est-ce que la radioactivité?
La radioactivité est un phénomène physique naturel au cours duquel certains noyaux atomiques instables, dits radioactifs, se transforment spontanément (on parle de désintégration) en dégageant de l’énergie sous forme de rayonnements. On les appelle aussi radio-isotopes. Ils donnent des noyaux atomiques plus stables, qui ont perdu une partie de leur masse.
Les atomes radioactifs à l’origine de la radioactivité naturelle sont présents dans les roches de l’écorce terrestre depuis la formation de la Terre, ils sont également générés en permanence par le rayonnement cosmique. Nous baignons dans la radioactivité naturelle depuis la nuit des temps.
C’est seulement depuis une centaine d’années que l’homme a découvert, grâce aux travaux d’Henri Becquerel, qu’il vivait depuis toujours environné par cette radioactivité. Il en a progressivement compris le mécanisme et les applications qu’il pouvait en tirer.
Ses domaines d’utilisation sont multiples : examens médicaux et traitements à base de radio-isotopes, énergie nucléaire, contrôles non-destructifs dans l’industrie, traceurs radioactifs pour étudier l’environnement, conservation des denrées agro-alimentaires, préservation des œuvres d’art, datation au carbone 14, détecteurs ioniques d’incendie en sont des exemples parmi d’autres.

Les unités de mesure de la radioactivité
Mesurer la radioactivité, et ses effets, consiste à mesurer trois phénomènes différents : l’activité émise par la source radioactive, la dose reçue, et l’effet de ce rayonnement sur l’organisme ou sur l’environnement.
L’activité d’une source radioactive se mesure en becquerels, notés Bq. Un becquerel correspond à une désintégration radioactive par seconde. Il s’agit d’une unité très petite.
Par exemple, un humain de 60 kg a une activité d’environ 6000 Bq de potassium-40 radioactif dans son squelette.
La dose reçue par une cible se mesure en grays, notés Gy. Un gray correspond à une énergie d’un joule reçue par un kilogramme d’un milieu (inerte ou vivant) exposé à un rayonnement ionisant.
On l'utilise pour exprimer des doses élevées, comme par exemple celles délivrées en radiothérapie pour détruire localement des cellules malignes. Ces doses se comptent en dizaines de grays ; elles seraient mortelles si elles étaient délivrées au corps entier.
L’effet biologique produit sur un organisme vivant pour une dose donnée de rayonnement n'est pas une quantité physique mesurable ; cet effet dépend de l’énergie transmise aux tissus, du type de rayonnement, et du tissu traversé. Le sievert, noté Sv, est l’unité légale d’équivalent de dose qui permet d’en rendre compte. Il est défini comme une dose (mesurée en Gray) pondérée par des facteurs sans dimension qui permettent de prendre en compte l’effet des rayonnements sur les organismes vivants.
En France, annuellement, la population est exposée en moyenne à une dose de 3,5 mSv.

Les expositions de l’homme à la radioactivité
En France, l’estimation des sources d’exposition aux rayonnements évalue la dose totale annuelle à laquelle est exposée la population : elle est estimée à 3,5 mSv, dont 2 mSv d’origine naturelle et 1,5 mSv d’origine artificielle. Ces répartitions sont des moyennes, elles peuvent varier selon différents paramètres, notamment la localisation géographique.
L’exposition aux rayonnements d’origine naturelle correspond à environ 60% du total de l’exposition de l’homme à la radioactivité.
Sa composante principale a pour origine le radon, un gaz radioactif descendant de l'uranium qui s'échappe des roches. Le restant provient du rayonnement tellurique émis par les roches, des rayons cosmiques et de la radioactivité propre du corps humain due à la présence en son sein de deux radioéléments d'origine naturelle, le potassium-40 et le carbone-14.
L'exposition à la radioactivité naturelle est permanente. Etalée au fil des jours, des mois et des ans, elle se fait à faible débit de dose.
L'exposition aux rayonnements d’origine artificielle a pour origine principale les examens et les traitements médicaux ; le 1% restant est produit par l'industrie, les retombées nucléaires, les installations nucléaires et les laboratoires de recherche.
Il est difficile de réduire ces doses autrement qu'en améliorant les appareillages. Renoncer aux examens et à la radiothérapie que permet la médecine nucléaire signifierait renoncer aux avancées de la médecine moderne.
Toutefois, on n’a recours aux rayonnements que si cela est justifié au regard du bénéfice apporté par rapport au risque encouru. Dans ce cas, on cherchera à les utiliser le plus efficacement possible et on limitera les doses en fonction de l’objectif à atteindre. Les médecins disposent pour cela de Niveaux de référence diagnostiques (NRD).
L'imagerie médicale au moyen de rayons X produit la plus forte dose d'exposition humaine aux rayonnements. Cependant, dans ce cas, on ne parle pas de radioactivité car les rayons X ne sont pas issus de réactions nucléaires, mais d'excitation électronique de l'atome.

Fission et fusion
L'énergie nucléaire peut être libérée de deux façons : en cassant des noyaux atomiques lourds ou en fusionnant des noyaux très légers, ce qu'on appelle respectivement la fission et la fusion nucléaire.
Si depuis longtemps la fission est contrôlée pour la production d'électricité, ce n'est pas encore le cas de la fusion qui est difficile à réaliser car il faut rapprocher deux noyaux qui ont tendance naturellement à se repousser.
La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de protons et neutrons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est divisé, à la suite de la capture d’un neutron primaire, en deux fragments plus légers. Cette réaction de fragmentation se traduit par l'émission de deux à trois neutrons secondaires et un dégagement d'énergie très important.
La fission spontanée est un phénomène extrêmement rare. Par exemple, pour un noyau comme l'uranium-238, la fission spontanée n'intervient qu'une fois sur 2 millions de désintégrations. Le seul noyau fissile naturel est un isotope de l'uranium (U-235), présent en faible proportion (0,7 %) dans les minerais d'uranium. Il existe d'autres noyaux fissiles, mais il faut les produire dans les réacteurs. Il s'agit principalement du plutonium-239 (généré à partir de l'uranium-238) et de l'uranium-233 (généré à partir du thorium-232).
La fission est le plus souvent provoquée par la capture d'un neutron dans un noyau très lourd, fissile, fragilisé par un trop grand nombre de protons et neutrons. Ce noyau très volumineux se scinde alors en noyaux plus stables, libérant de l'énergie.
Ce phénomène découvert en 1938 par Otto Hahn et Lise Meitner serait resté marginal s'il n'était possible de le multiplier à travers un mécanisme de réaction en chaîne.
La fission est accompagnée de quelques neutrons qui peuvent générer d’autres fissions. L'énergie nucléaire libérée ne concerne plus alors des atomes isolés, mais des quantités considérables de matière. La réaction en chaîne peut prendre un tour explosif dans le cas de la bombe atomique. Dans les réacteurs nucléaires, cette réaction est contrôlée.
Le phénomène de fission nucléaire induite fut décrit le 17 décembre 1938 par Otto Hahn et Fritz Strassmann. On doit à Hans von Halban, Frédéric Joliot, Lew Kowarski (en France) et à Enrico Fermi (aux États-Unis) la découverte, en 1939, de la réaction en chaîne provoquée par l'émission de neutrons lors de la fission.
La fusion nucléaire est une réaction où deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd ; par exemple un noyau de deutérium et un noyau de tritium s’unissent pour former un noyau d’hélium, plus un neutron.
Cette réaction est à l’origine de l’énergie rayonnée par le Soleil permettant d’atteindre des températures de plusieurs millions de degrés.
Actuellement, aucun appareillage ne permet de produire de l’énergie en contrôlant les réactions de fusion nucléaire. Des recherches sont en cours afin que l’énergie de fusion produite soit supérieure à celle investie dans le chauffage des particules. Ces recherches sont menées dans le cadre international du projet ITER, afin de développer l’usage civil de l’énergie de fusion nucléaire pour la production électrique. (Voir aussi le texte "Qu'est-ce que la fusion nucléaire?" dans la partie du site consacrée aux Nouvelles technologies de production de l'énergie nucléaire).



2 - L'énergie nucléaire
La France est le deuxième producteur d’électricité nucléaire au monde en volume, derrière les Etats Unis, et le premier si l’on ramène cette production au nombre d’habitants. Cela peut s’expliquer, d’une part, par l’implication des chercheurs français, au début du 20ème siècle, dans la découverte de l’atome et la compréhension des mécanismes de la fission et, d’autre part, par la situation particulière de la France. En 1973, en plein choc pétrolier, le pays s’est retrouvé sans accès indépendant à une source d’énergie fossile, à la différence des Etats-Unis, qui disposaient de charbon, de pétrole et de gaz, de l’Allemagne, avec ses mines de charbon, ou encore du Royaume-Uni, avec le pétrole et le gaz de la mer du Nord. La diversité géographique et politique des pays producteurs d’uranium, ainsi que la facilité de stockage du combustible sur le territoire national, apparaissaient alors et, peut-être encore aujourd’hui, comme des éléments favorables à l’indépendance énergétique d’un pays par ailleurs complètement démuni de ressources.
Le programme nucléaire français, civil et militaire, voit le jour au lendemain de la seconde guerre mondiale. La création en 1945 du Commissariat à l’énergie atomique marque le début du développement de l’industrie nucléaire en France. En 1958 le général de Gaulle, nouvellement élu, décide que le pays doit maîtriser l’ensemble du cycle du nucléaire.
Dans ce but, et sur décision du président Pompidou, la construction de l’usine d’enrichissement d’uranium de Pierrelatte sur le site du Tricastin est lancée en 1972. Elle est inaugurée en 1979 et fonctionnera pendant 33 ans. Cette usine, actuellement en démantèlement, va être remplacée par l’unité de séparation par centrifugation Georges Besse II qui réalisera la même fonction tout en libérant l’équivalent de la production de deux centrales nucléaires grâce à sa moindre consommation énergétique.
Parallèlement, dès les années 50, EDF met en service 6 réacteurs uranium naturel-graphite-gaz, dits UNGG. Cette filière sera abandonnée progressivement, à partir de la fin des années 60, au profit de la filière à eau pressurisée, technologie utilisée actuellement, qui nécessite une phase d’enrichissement de l’uranium naturel. Le parc électronucléaire français évolue jusqu’au milieu des années 90 pour atteindre le niveau actuel de 58 réacteurs, répartis dans 19 centrales.
Actuellement en construction à Flamanville, l’EPR, réacteur pressurisé européen, est conçu sur les mêmes principes que les réacteurs en service aujourd’hui avec des objectifs de sûreté notablement renforcés.
En 2012, neuf réacteurs sont en cours de démantèlement en France. Ce sont les six réacteurs de la filière UNGG, le premier réacteur de Brennilis et les deux réacteurs surgénérateurs PHENIX et SUPERPHENIX. Ce démantèlement implique la déconstruction, le traitement, l’évacuation et le stockage de tous les composants, y compris le réacteur nucléaire. Une estimation des coûts de démantèlement des 58 réacteurs en activité sur le territoire national donne un chiffre de 18 milliards d’euros. Il existe une forte incertitude sur cette valeur qui pourrait être multipliée par deux ou trois. Cependant, le rapport de la Cour des Comptes de janvier 2012 a montré que cette incertitude a un impact très faible, quelques euros par MWh, sur le coût de production de l’électricité nucléaire.
La comparaison entre ces coûts de production et ceux des autres filières est un sujet qui se retrouve souvent au cœur des controverses entre pro et anti nucléaires.
La question du combustible est centrale dans les débats sur l’énergie nucléaire. Outre le fait qu’il n’y a plus aucune mine d’uranium en exploitation en France, le cycle de l’uranium lui-même, bien que relativement bien maîtrisé grâce aux usines d’enrichissement et de retraitement, alimente les discussions. Les différentes étapes qui vont de l’extraction du minerai au retraitement des combustibles usés sont souvent présentées comme les étapes d’un cycle fermé, faisant ainsi de l’uranium un combustible renouvelable, si l’on excepte le stockage des déchets ultimes. En France, c’est vrai en théorie mais faux dans la pratique. S’il est vrai que l’uranium contenu dans le combustible usé peut être réutilisé dans les centrales, sous certaines conditions de ré-enrichissement, il est vrai également que ce n’est pas le cas actuellement, le pays ne disposant pas encore d’usine pour le faire. De plus, le recyclage en combustible MOX du plutonium contenu dans le combustible usé, qui est opérationnel dans les réacteurs à eau sous pression, n’a lieu qu’une seule fois. Un véritable cycle fermé, avec multi-recyclage du plutonium, est techniquement possible, et pourra être mis en œuvre dans les réacteurs rapides surgénérateurs, comme cela a été démontré par le passé dans une centrale comme PHENIX.
Concernant le stockage des déchets à vie longue, environ 3,8% en volume des déchets radioactifs, les solutions adoptées varient d’un pays à l’autre. La France a choisi comme solution de référence le stockage en couche géologique profonde testé actuellement au laboratoire de Bure, dans la Meuse. Ce choix fera l’objet d’un débat public en 2013. Le système électronucléaire français est géré par un ensemble d’acteurs chargés de la recherche, de la construction et de l’exploitation des centrales, du recyclage du combustible, de la sûreté des installations, de la radioprotection et de la sécurité des personnes et de l’environnement. Cette organisation s’inscrit naturellement dans un cadre européen et international.

Centrale nucléaire : comment ça marche ?
Une centrale nucléaire produit de l’électricité grâce à la chaleur dégagée par la fission d’atomes d’uranium qui est le combustible. La fission du noyau d’uranium, noyau lourd et instable, est provoquée par la rencontre de ce noyau avec un neutron. Cette rencontre déclenche - la division du noyau en deux noyaux plus liés, - la libération de deux ou trois neutrons - et un dégagement d’énergie. Les neutrons libérés pourront eux-mêmes interagir avec d’autres noyaux d’uranium et poursuivre ainsi la fission. C’est ce que l’on appelle la réaction en chaîne. Dans un réacteur nucléaire, ce phénomène est maîtrisé par des barres de contrôle qui permettent d’agir sur la réaction en chaîne et donc de faire varier la puissance du réacteur ou de l’arrêter. Le pilotage est également rendu possible par des phénomènes physiques de rétroaction qui empêchent naturellement la divergence de la réaction.
En France, les 58 réacteurs en activité sont des réacteurs à eau pressurisée, ou REP. La grande quantité de chaleur dégagée par la fission de l’uranium fait chauffer de l’eau, maintenue sous pression. Ce circuit primaire d’eau chauffe à son tour un circuit secondaire d’eau qui va se transformer en vapeur et faire tourner une turbine, qui entraînera elle-même un alternateur. Cet alternateur produit un courant électrique alternatif qui, après passage dans un transformateur, voit sa tension augmentée pour être plus facilement transporté dans les lignes à très haute tension. À la sortie de la turbine, la vapeur du circuit secondaire est à nouveau transformée en eau grâce à un condenseur dans lequel circule de l'eau froide en provenance de la mer ou d'une rivière. Ce troisième circuit est appelé circuit de refroidissement. Si le débit de la rivière est trop faible, ou si l’on veut limiter son échauffement, l'eau de ce troisième circuit peut être refroidie en s’évaporant au contact de l'air circulant dans de grandes tours, appelées aéroréfrigérants, qui sont la partie la plus visible des centrales nucléaires. Les 3 circuits d'eau sont étanches les uns par rapport aux autres.

Le démantèlement des centrales
Le démantèlement est l'ensemble des opérations techniques qui visent, après l'arrêt définitif d'exploitation d'une installation nucléaire, à l'assainir en éliminant les substances dangereuses et les structures ou équipements les ayant contenues. (1)
Pour une centrale, cela comprend notamment la démolition, le traitement, l’évacuation vers le site de stockage adapté de tous ses composants, y compris le réacteur nucléaire.
En France, c’est EDF qui assure la maîtrise d’ouvrage du démantèlement en cours de ses neuf réacteurs industriels définitivement mis à l’arrêt : Brennilis, Bugey 1, Chinon A1, A2 et A3, Chooz A, Creys-Malville Superphénix ) et Saint Laurent A1 et A2.
Les opérations de démantèlement font suite aux phases de cessation définitive d’exploitation (CDE) et de mise à l’arrêt définitif (MAD) qui durent environ 10 ans. L’arrêt de la centrale puis le déchargement du combustible et la vidange des circuits se font durant la CDE. Le combustible est alors entreposé deux ans en piscine de désactivation et les études pour passer à la MAD sont réalisées.
La phase de MAD, point de non-retour, nécessite un décret. Elle consiste à démonter tous les équipements et les bâtiments industriels qui produiront essentiellement des déchets conventionnels (c’est-à-dire non radioactifs). Les déchets conventionnels sont valorisés et les déchets nucléaires sont conditionnés puis évacués vers les centres de stockage adaptés à leur nature. Durant cette phase, toutes les études permettant d’établir le scénario de démantèlement adapté aux objectifs de propreté visés sont réalisées. Sur cette base, un nouveau décret permet de passer à la phase de démantèlement. Elle consiste à démonter le bâtiment du réacteur, les matériaux et les équipements encore radioactifs et enfin à évacuer et stocker les déchets. La durée de cette phase est elle aussi estimée à 10 ans. Elle se termine par une phase d’assainissement final, suivie par les caractérisations, mesures et études d’impact permettant d’établir le dossier de déclassement. Les contre-mesures, contre expertises et le traitement de ce dossier prennent en général encore plusieurs années.
Le démantèlement des neuf réacteurs français devrait produire 800 000 tonnes de déchets non radioactifs (déchets conventionnels) qui seront recyclés et 165 000 tonnes de déchets radioactifs (2).
A l’issue des phases de démantèlement et une fois l’état final défini atteint, l’installation pourra être déclassée. Elle sera rayée de la liste des installations nucléaires et donc redeviendra utilisable pour un usage industriel (3). Plusieurs autres installations sont en cours de démantèlement ou de déclassement, notamment des réacteurs de recherche au Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) (4) ainsi que le réacteur exploité conjointement par le CNRS et l’université de Strasbourg.
L’ensemble de ces opérations est réalisé dans un cadre réglementaire notamment au travers de la loi sur la transparence et à la sécurité en matière nucléaire, dite loi TSN (Loi n° 2006-686 du 13 juin 2006).
En France, la Cour des comptes estime, à partir des chiffres donnés par les opérateurs (EDF, Areva et le CEA), à un peu plus de 18 milliards d’euros (5) le coût du démantèlement des 58 réacteurs en activité à ce jour. Cependant, les comparaisons internationales donnent des chiffres plus élevés. Ainsi une extrapolation des données internationales aux 58 réacteurs français donne des chiffres variant de 20 milliards selon les critères belges, à plus de 60 milliards selon les critères allemands (5). Un avis de l’autorité de sûreté nucléaire d’avril 2011 préconise d’améliorer les méthodes de calcul de ces coûts. Le coût de démantèlement est fortement lié à plusieurs critères parmi lesquels l’étalement dans le temps de la déconstruction, ou le fait que le démantèlement suive ou non l’arrêt de la production (3).
Aux Etats Unis quelques centrales ont déjà été démantelées comme celle de Maine Yankee par exemple, de 1997 à 2005. Le site a été remis en état, mais il reste encore à régler le problème du stockage de longue durée pour les déchets à vie longue (6).

Sources
1/ Site de l'Autorité de sûreté nucléaire
2/ pages "Le programme de déconstruction", " Le financement" et "Les contrôles et la transparence" - site EDF
3/ article des Echos – Vrais comptes et mécomptes du coût de démantèlement des centrales nucléaires en France - 08/09/2011
4/ article "Démantèlement nucléaire" - wikipedia
5/ Rapport de la cour des comptes – janvier 2012 – "Les coûts de la filière électronucléaire"
6/ article "Centrale nucléaire de Maine Yankee" - wikipedia et article "Maine Yankee decommissionning overview"

Le cycle du combustible
Le cycle du combustible nucléaire désigne l’ensemble des opérations nécessaires pour approvisionner en combustible les réacteurs nucléaires puis pour stocker, retraiter et recycler ce combustible, la principale étape du cycle étant constituée par les 2 à 6 ans durant lesquels le combustible est utilisé dans le réacteur pour produire de l’électricité.
A l’état naturel, l’uranium ne contient que 0,7% d’isotope fissile, l’uranium 235, et 99,3% d’uranium 238, non fissile. Pour être utilisé dans les réacteurs à eau sous pression français, il doit être enrichi en uranium 235 à hauteur de 4 à 5%. Après enrichissement qui s’effectue sous forme gazeuse, il est transformé en oxyde, qui se présente sous la forme d’une poudre noire qui est ensuite comprimée en petites pastilles d’environ 7g. Ces pastilles sont insérées dans des tubes métalliques que l’on appelle crayons, eux-mêmes regroupés en assemblages combustibles placés dans le cœur du réacteur.
Après son utilisation dans le cœur du réacteur, le combustible s’est appauvri en uranium 235 et doit être remplacé. L'uranium 238 présent a également conduit à la production de plutonium et d’actinides plus lourds. Le combustible fait d’abord un passage prolongé en piscine afin de laisser décroître les produits de fission les plus radioactifs et à vie courte. Dans un second temps, le combustible irradié est placé dans un site d’entreposage dans l’attente d’un stockage définitif ou d’un retraitement.
Le retraitement consiste à isoler par des procédés mécaniques et chimiques les différents éléments du combustible usé de façon à séparer les éléments potentiellement valorisables, comme l’uranium et le plutonium, des déchets proprement dits, appelés déchets ultimes, qui seront calcinés puis vitrifiés au sein d’une matrice inerte avant d’être stockés. En France, une partie du plutonium est recyclée en combustible MOX, mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium, utilisable dans certains réacteurs et dans le futur EPR.
L’uranium, qui représente encore 95% de la masse du combustible usé, est lui aussi recyclable. Il peut être à nouveau enrichi et utilisé dans certains réacteurs.
Cette opération de ré-enrichissement nécessite une installation d’ultracentrifugation qui n’est actuellement disponible au niveau mondial qu’en Russie, dans l’usine de Seversk, et aux Pays-Bas, dans l’usine Urenco. Pour sa part, la France sous-traite cette opération principalement à la Russie, en attendant la mise en production sur le site du Tricastin de l’usine Georges Besse II qui disposera d’une installation d’ultracentrifugation. Une partie, environ 10% actuellement, de cet uranium de retraitement (URT) est ré-enrichi. Le reste est stocké.
Ce recyclage d’une partie de l’uranium et du plutonium génère une économie annuelle d’environ 12% d’uranium naturel. Quelques pays possèdent une usine de retraitement des déchets nucléaires dont la France, avec l’usine de la Hague, le Royaume-Uni, la Russie, le Japon. Les Etats Unis ont fermé leur propre usine de retraitement pour des raisons économiques. La question du transport des combustibles usés à retraiter, du transport de l’uranium de retraitement vers les usines de ré-enrichissement et la prise en compte des risques, tant pour les personnels que pour les riverains et l’environnement, alimente régulièrement les débats entre pro et anti nucléaires. L’efficacité économique du recyclage tel qu’il est pratiqué aujourd’hui est faible, puisque l’uranium naturel reste encore à des prix très faibles. Néanmoins, dans l’hypothèse d’un déploiement du nucléaire au niveau mondial, une meilleure gestion des ressources naturelles alliée à un déploiement de réacteurs futurs, ainsi qu’une gestion optimisée des déchets demanderont à l’avenir de recycler les combustibles usés de plus en plus efficacement.

La gestion des déchets
Les différentes utilisations de la radioactivité - industrie électronucléaire, usage militaire, médecine nucléaire, laboratoires de recherche - génèrent des déchets qui doivent être gérés de façon sûre.
Les déchets sont définis par la durée de leur activité radioactive et par leur niveau de radioactivité qui conditionne leur dangerosité. On a ainsi défini 4 types de déchets :
- les déchets de haute activité à vie longue (HAVL) et les déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL) : ce sont principalement les déchets issus du cœur du réacteur, hautement radioactifs et dont la radioactivité reste notable pendant des centaines de milliers, voire des millions d'années. Ces déchets ne restent pas "hautement radioactifs" à l’échelle géologique, ils se transforment progressivement en "déchets à faible activité vie longue" (FAVL). Le stockage définitif est aujourd’hui la solution privilégiée en France, et les décisions successives doivent être examinées par le parlement dans les années à venir.
- les déchets de faible et moyenne activité à vie courte (FMA-VC) : ce sont principalement les déchets technologiques (gants, combinaisons, outils, etc.) qui ont été contaminés pendant leur utilisation en centrale nucléaire ou pendant le cycle du combustible nucléaire. Leur nocivité ne dépasse pas 300 ans.
- les déchets de très faible activité (TFA) : ce sont principalement des matériaux contaminés, tels ferraille, gravats, béton, provenant du démantèlement de sites nucléaires. Ils sont peu radioactifs, mais les volumes attendus sont plus importants que ceux des autres catégories. Leur gestion est aujourd’hui opérationnelle, notamment dans les centres de stockage de l’ANDRA (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs).
Pour des raisons de sécurité et de coût, il faut adapter la solution du stockage à la nature des déchets. L’activité et la durée de vie des déchets à vie courte de très faible activité et de faible et moyenne activité ne nécessitent pas qu’ils soient stockés dans les couches géologiques profondes. De même pour les déchets de faible activité à vie longue qui peuvent être stockés à des profondeurs intermédiaires, entre 15 et 200 mètres sous terre. Le stockage en couche géologique profonde, choisi par plusieurs pays, dont la France, est réservée aux déchets de haute et moyenne activité, à vie longue. Ces déchets représentent environ 3,8% en volume des déchets radioactifs.
En France l’ANDRA étudie et valide ce stockage géologique profond dans le laboratoire souterrain de Bure dans la Meuse. Si les tests sont concluants, et si le gouvernement donne son accord, un centre de stockage profond sera ensuite construit à proximité, c'est-à-dire dans une couche géologique similaire à celle qui a permis des études. Les centres de stockage sont implantés en régions non sismiques, dans des couches géologiques où les écoulements d’eau souterrains sont très faibles (roches argileuses ou granitiques par exemple). Le concept de stockage géologique en couche profonde est présenté comme étant un mode de gestion ne contraignant pas les générations futures sur la base des déchets actuellement produits.
À plus long terme, le stockage géologique se veut aussi, selon ses promoteurs, une réponse à une éventuelle dégradation de la société : le stockage est destiné à être sûr, même en cas d'oubli du site et d'arrêt de sa surveillance. C'est un concept passif dont la sûreté ne dépend pas de l'action des générations futures.
Pour ses opposants, l'exemple de la mine d'Asse, ancienne mine de sel en Basse-Saxe qui a été sujette à des infiltrations entraînant une contamination nucléaire du milieu environnant, prouve que le stockage des déchets par enfouissement est une fausse solution. On peut également penser qu’une société capable de gérer des réacteurs nucléaires en fonctionnement, et les risques associés, pourrait proposer une solution plus réversible de la gestion des déchets. Cela permettrait potentiellement de bénéficier d’avancées technologiques futures, d’autant plus que les déchets les plus radioactifs ne pourront être stockés dans un site géologique qu’après une période d’entreposage en surface d’environ 70 ans, afin que leur puissance résiduelle soit suffisamment réduite et ne conduise pas à des températures de colis enfouis trop élevées.

Radioprotection
La radioprotection est l'ensemble des mesures prises pour assurer la protection de l'homme et de son environnement en empêchant ou en réduisant les effets nocifs des rayonnements ionisants produits sur les personnes, directement ou indirectement.
Les radioéléments, atomes dont les noyaux sont radioactifs, émettent des rayonnements qui interagissent avec la matière et peuvent l’ioniser, c’est-à-dire enlever un ou plusieurs électrons à ses atomes constitutifs. Ces rayonnements sont appelés rayonnements ionisants. Les effets des rayonnements ionisants sur la santé sont de deux types :
- les effets à court terme (dits déterministes) tels la stérilité masculine temporaire, les brûlures, la nécrose des tissus, la nausée, la fatigue ;
- les effets à long terme (dits aléatoires) tels le cancer et les anomalies génétiques. Les tissus les plus sensibles aux irradiations sont les tissus reproducteurs, ceux impliqués dans la formation des cellules sanguines, la peau et le cristallin.
Les trois principes fondamentaux de la radioprotection, liés à la source et quelle que soit la situation d’exposition, sont :
- la justification : les sources de rayonnements ionisants ne doivent pas être utilisées s'il existe d'autres alternatives, sauf si le bénéfice obtenu par la société est supérieur au risque encouru ;
- l’optimisation ou principe ALARA : réduction de l’exposition, autant que faire se peut, compte tenu des facteurs économiques et sociaux de l’exposition aux rayonnements ionisants ;
- la limitation : la fixation par la réglementation des limites de doses annuelles d'exposition à ne pas dépasser. Il existe trois sources principales d’exposition : naturelle ; professionnelle ou médicale ; environnementale due aux activités humaines, actuelles ou passées, impliquant des rayonnements ionisants.
- La radioactivité naturelle peut donner lieu à une exposition externe, la source est alors le rayonnement tellurique ou le rayonnement cosmique. Les astronautes, les personnels navigants et les voyageurs qui empruntent régulièrement l'avion reçoivent des doses de rayonnement cosmique qui justifient une surveillance spécifique. La radioactivité naturelle peut donner également lieu à une exposition interne. Dans ce deuxième cas la source provient des aliments et de l’eau potable ainsi que de l’air inspiré qui contiennent du radon. Dans les deux cas il y a incorporation dans l’organisme. Cette irradiation naturelle varie selon la localisation géographique. En France elle est en moyenne de 2 mSv par an et par habitant ;
- Le secteur médical (radiothérapie, radiologie), l’industrie nucléaire, de nombreux secteurs industriels (conservation des aliments, contrôles par radiographie) et des laboratoires de recherche utilisent des rayonnements ionisants. La nature du rayonnement, la distance de l’organisme à la source, la durée de l’exposition, l’épaisseur et la composition des écrans de protection, les confinements dynamiques éventuels sont les éléments qui vont déterminer le niveau d’exposition. Des contrôles techniques sont effectués régulièrement sur les lieux de travail, ainsi que des mesures des doses reçues par le personnel. La dosimétrie opérationnelle, en temps réel, qui mesure l’exposition externe, est ainsi devenue obligatoire en France en 2000 pour tout travailleur exerçant en zone contrôlée. Elle est venue en complément de la dosimétrie passive (lecture en différé), obligatoire depuis plus de 30 ans pour tout type de zone réglementée. L’exposition interne est mesurée par dosage d’isotopes dans les urines, les selles, les sécrétions ou dans la totalité du corps (anthropogammamétrie). Pour les travailleurs concernés la dose efficace, somme de l’exposition externe et de l’exposition interne, est limitée à 20 mSv/an. Pour le public elle est limitée à 1 mSv/an hors exposition médicale, naturelle et environnementale.
- L’exposition environnementale liée aux activités humaines concerne principalement l’impact de l’industrie du nucléaire sur l’environnement. Elle fait l’objet d’une surveillance radiologique dotée d’un réseau national qui implique de nombreux acteurs de la société. C’est le Réseau national de mesures de la radioactivité de l’environnement (RNM). Ce réseau créé en 2003 est là pour répondre à des préoccupations sociétales.

Surveillance et mesures environnementales
En matière de surveillance environnementale, au niveau international, la Commission internationale de protection radiologique (CIPR) édicte des recommandations concernant la mesure de l'exposition aux radiations et les mesures de sécurité à prendre sur les installations sensibles. Ces recommandations ne font pas force de loi, mais sont reprises et adaptées par les législations nationales. En Europe, en application du traité Euratom, chaque état membre est tenu d’assurer une surveillance des niveaux de radioactivité dans l’environnement, que cet état ait ou non une industrie nucléaire. Au niveau international l’AIEA (Agence internationale de l’énergie atomique) émet des recommandations sur les méthodes à utiliser et les bonnes pratiques.
La surveillance de la radioactivité dans l’environnement se fait à deux niveaux : de manière rapprochée au voisinage des installations nucléaires et dans des sites plus éloignés non influencés directement par ces installations et qui permettent d’identifier des apports extérieurs potentiels au territoire concerné.
Une surveillance de routine est effectuée grâce à des réseaux de prélèvements effectués à une fréquence régulière. Ces prélèvements, faits dans l’air, l’eau, le sol et les aliments, sont analysés a posteriori en laboratoire. D’autre part, des réseaux de télésurveillance mesurent la radioactivité de l’air et des fleuves le long desquels sont implantées les installations nucléaires. Le dimensionnement de ces réseaux et leurs caractéristiques sont très variables d’un pays à l’autre.
En France, l’organisation des contrôles et de la surveillance est du ressort de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) qui dispose d’un appui technique, l’IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire).
L’IRSN dispose d’un réseau de surveillance du territoire qui intègre à la fois des analyses sur des prélèvements et des dispositifs de surveillance en continu.
D’autres directions ministérielles et services de l’Etat sont également en charge des contrôles sanitaires notamment des aliments, des animaux destinés à l’alimentation et de l’eau de consommation.
En France, les sites nucléaires font l’objet d’une étude d’impact sanitaire et environnementale préalable à leur démarrage. Cette étude d’impact permet d’évaluer les répercussions des rejets radioactifs sur les populations et l’environnement. Elle permet également à l’ASN de dimensionner et déterminer le dispositif de surveillance réglementaire de l’environnement et de contrôle des rejets liquides et gazeux de l’installation. Ce dispositif de surveillance est formalisé dans un arrêté ministériel. Les exploitants de ces installations nucléaires ont ainsi la responsabilité de surveiller les effluents qu’ils rejettent ainsi que l’environnement des installations à l’intérieur et à l’extérieur de celles-ci.
En ce qui concerne la réalisation des mesures réglementaires, afin de garantir la qualité des résultats publiés, l’ASN délivre des agréments aux laboratoires qui effectuent ces analyses et les prélèvements. Seuls ces laboratoires sont autorisés à réaliser ces mesures à caractère réglementaire. Les résultats de ces mesures de surveillance sont mis à disposition du public dans le cadre du Réseau national de mesures de la radioactivité de l’environnement (http://www.mesure-radioactivite.fr/public/s-carte.html).
Des associations, comme l’ACRO (Association pour le contrôle de la radioactivité dans l’Ouest) ou la CRIIRAD (Commission de Recherche et d'Information Indépendantes sur la Radioactivité), possèdent leur propre laboratoire et effectuent également des contrôles ou des expertises sur la situation radio-écologique des sites. De leur côté, les commissions locales d’information (CLI), présentes à proximité des installations nucléaires, ont une mission de suivi, d’information et de concertation en matière de sûreté nucléaire, de radioprotection et d’impact des activités nucléaires sur les personnes et l’environnement. Les CLI peuvent faire réaliser des expertises et faire procéder à des mesures au niveau des rejets d’installations.
Le réseau Becquerel, quant à lui, a été mis en place par sept laboratoires de l’IN2P3 (Institut national de physique nucléaire et de physique des particules) du CNRS, pour répondre aux préoccupations en matière d’impacts de l’industrie nucléaire sur l’environnement. C’est une plateforme nationale d’analyse de radioéléments qui possède une expertise reconnue pour la compréhension du comportement des radionucléides dans l’environnement et pour la mise au point de détecteurs de très haute technologie. Le réseau mène des études environnementales de radio-écologie, de compréhension des phénomènes de transfert et d’accumulation des radionucléides dans les différents compartiments environnementaux ainsi que de caractérisation des risques sanitaires et environnementaux liés à la présence de radioactivité. Il réalise également des inventaires radiologiques, avant démantèlement d’installations nucléaires. En fonction de leur domaine d’activité, les laboratoires du réseau Becquerel disposent d’agréments délivrés par l’Autorité de Sureté Nucléaire (voir le site de l'ASN) et, à ce titre, plusieurs d’entre eux alimentent le Réseau national de mesures de la radioactivité de l’environnement.

Les coûts des différentes filières de production
Le rapport de la Cour des comptes publié le 31 janvier 2012 a évalué de façon très détaillée l’ensemble des coûts de la filière électronucléaire, en France, en 2010, selon différentes approches. Parmi ces approches, celle du coût courant économique* consistant à calculer un coût global au mégawattheure produit sur toute la durée de fonctionnement de l’outil de production choisi, doit permettre de faire des comparaisons entre le coût de la filière nucléaire et celui des autres filières énergétiques : hydraulique, éolien, solaire, biomasse, géothermie, gaz naturel, charbon, pétrole.
La difficulté consiste à identifier des chiffres explicites du coût du mégawattheure produit par ces différentes filières. Selon les diverses sources consultées, pour l’énergie hydraulique, le coût estimé varie de 20 euros à 60 euros du mégawattheure produit; pour l’énergie éolienne terrestre, les chiffres vont de 70 à 85 euros et pour l’éolien offshore, de 110 à 200 euros ; pour l’énergie solaire, la fourchette est de 170 à 350 euros; pour la biomasse, on trouve le chiffre de 110 euros du mégawattheure produit ; pour la filière cycle combiné à gaz (CCG), le mégawattheure produit va de 62 à 81 euros et pour la filière charbon ce coût peut aller de 44 à 70 euros (ces deux estimations sont hors montant de la taxe carbone qui selon son niveau peut augmenter le coût du MWh produit de plusieurs dizaines d’euros).
Ces chiffres sont des estimations, ils sont donnés à titre indicatif pour permettre au néophyte d’établir des comparaisons. Leur valeur par filière peut varier du simple au double, voire au triple, selon par exemple le facteur de charge des éoliennes (rapport entre la production effective et la production maximale théorique), ou la puissance des panneaux photovoltaïques et leur localisation géographique. Pour comparaison, le coût courant économique du mégawattheure d’origine nucléaire estimé par la Cour des comptes dans son rapport de 2012 est de 49,50 euros. En y intégrant l’impact de l’évolution des investissements de maintenance et de remise à niveau de sûreté post Fukushima d’ici 2025, ce coût monte à 54,20 euros.
Actuellement, un débat a lieu sur l’opportunité de prendre en compte dans le coût de l’électricité tout ou partie des coûts passés de recherche et développement financés par des crédits publics. Pour l’EPR de Flamanville, la Cour des comptes estime entre 70 et 90 euros le coût du mégawattheure produit pour ce premier exemplaire de nouvelle centrale de 3° génération. Pour être complet, il faut également préciser qu’en dehors du coût de production associé à chaque technologie, il faut prendre en compte le service rendu au système électrique, notamment la base de production garantie et la réserve de capacité de pointe. Le service rendu par un réacteur nucléaire ou une centrale à gaz par exemple n’est pas le même que celui d’un parc éolien dont la production est intermittente.
* Le coût courant économique inclut dans un calcul actualisé les éléments suivants : les investissements initiaux, les charges d'exploitation et de maintenance, les investissements de jouvence (par exemple le remplacement de gros équipements) et les provisions pour charges futures (traitement des déchets, démantèlement).

Les organismes : qui fait quoi ?
1 - En France
L’ASN, Autorité de sûreté nucléaire, est une autorité administrative indépendante chargée de contrôler les activités nucléaires civiles françaises. Elle rend compte chaque année au Parlement de l’état de la sûreté nucléaire et de la radioprotection en France.
L’IRSN, institut de radioprotection et de sûreté nucléaire, est un organisme public d’expertise et de recherche sur les risques nucléaires et radiologiques. L’IRSN évalue les dispositions des exploitants de centrales dans le domaine de la sûreté et propose des mesures de protection des populations dans le cas d’un accident. Cet organisme contribue également à l’information du public et effectue des recherches et des études sur les risques radiologiques et nucléaires. Enfin, l’IRSN assure une surveillance radiologique du territoire et des populations.
Le HCTISN, Haut comité pour la transparence et l’information sur la sûreté nucléaire, est une instance d’information, de concertation et de débats sur les risques liés aux activités nucléaires.
Areva (regroupement de Framatome, Cogema et Technicatome) est un groupe industriel français détenu à plus de 80% par l’Etat et dont les activités sont essentiellement liées à l’énergie nucléaire : extraction du minerai, fabrication des combustibles nucléaires, construction de réacteurs, traitement des combustibles usés, transport des matières radioactives, propulsion nucléaire, exploitation nucléaire.
L’Andra, Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs, est chargée de la gestion à long terme des déchets radioactifs produits en France. L’Andra est un EPIC (établissement public industriel et commercial). L'agence est indépendante des producteurs de déchets et est placée sous la tutelle des ministères en charge de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement.
Le CEA, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, est un établissement public industriel et commercial (EPIC). Cet organisme intervient dans quatre grands domaines : les énergies bas carbone, dont le nucléaire, les technologies pour l’information et pour la santé, les Très grandes infrastructures de recherche, la défense et la sécurité globale. Le CEA est le principal actionnaire d’Areva.
Le CNRS, Centre national de la recherche scientifique, a amplifié son implication dans la question de l’énergie nucléaire suite à la loi Bataille de 1991 sur la gestion des déchets nucléaires. Aujourd’hui, le programme NEEDS (Nucléaire : énergie, environnement, déchets, société) regroupe l’ensemble des acteurs académiques travaillant sur l’énergie nucléaire, de la chimie à la physique, en passant par la géologie ou les sciences humaines.
EDF, électricité de France, est la principale entreprise de production et de fourniture d’électricité en France. C’est une société anonyme à capitaux publics. EDF vend également ou achète de l’énergie à l’étranger en fonction des besoins et de la production. 77,71% de l’électricité en France est produite par le nucléaire (chiffres AIEA – 12/04/2012).
2 – A l’international
L’AEN, agence pour l’énergie nucléaire, est une institution de l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) dont le but est d’aider les pays membres à développer le nucléaire civil. L’AEN compte 30 pays membres.
L’AIEA, agence internationale de l’énergie atomique, est une agence inter-gouvernementale, qui, sous l’égide des Nations unies, veille au respect du traité de non-prolifération et œuvre pour la coopération dans l’utilisation pacifique du nucléaire.
Euratom, ou CEEA, Communauté européenne de l’énergie atomique, est un organisme public européen chargé de coordonner les programmes de recherche sur l'énergie nucléaire.

Exploitation et devenir des mines d’uranium
L’uranium, métal assez répandu dans l’écorce terrestre, est extrait principalement de mines à ciel ouvert ou souterraines. Un gisement est considéré comme exploitable lorsqu’il contient au moins 1 à 2 kg d’uranium par tonne de minerai.
Les mines les plus productives actuellement se situent au Canada, au Kazakhstan, en Australie, en Namibie, en Russie et au Niger. En 2010, ces six pays ont fourni 54% de la production mondiale d’uranium.
L'isotope fissile 235, présent seulement à raison de 0,7% dans l'uranium naturel en fait donc une ressource rare et précieuse.
En France, entre 1945 et 2001, l’uranium était extrait de 210 sites miniers répartis sur 25 départements situés majoritairement en région Centre. Environ 52 millions de tonnes de minerai d’uranium ont ainsi été traités pendant cette période, pour une production de 76 000 tonnes d’uranium. Le minerai extrait contenant très peu d ‘uranium, son transport serait économiquement non rentable. Le minerai est donc transformé et concentré sur place. Il est concassé en poudre fine puis traité chimiquement afin de dégager l’uranium par dissolution. Une mine d’uranium produit de nombreux déchets : des rejets atmosphériques, en particulier le gaz radon très toxique issu du minerai lui-même ; des rejets liquides ; des déchets solides comme les boues ; des stériles, roches qui ne contiennent que très peu d’uranium et ne sont donc pas traitées mais stockées à l’extérieur de la mine ; et, enfin, des minerais pauvres en uranium, qui sont eux aussi stockés.
Ces différents déchets peuvent entraîner une contamination de l’environnement et constituent un risque potentiel pour les populations. Il est donc nécessaire de maîtriser toute la chaine d’extraction du minerai d’uranium ainsi que le devenir des mines une fois leur exploitation achevée.
En France des laboratoires du CNRS, associés au réseau Becquerel, mènent régulièrement des analyses de radioactivité des sols et des eaux afin d’étudier les risques de contamination des eaux souterraines ou les problèmes liés au stockage des stériles miniers. Des études sur la gestion des risques longue durée sont menées en collaboration avec des équipes de sciences humaines et sociales. Le dialogue avec la société se fait au travers des Commissions Locales d’Information (CLI) auxquelles participent également d’autres organismes, comme l’IRSN ou la CRIIRAD, qui effectuent leurs propres analyses.

3 - Aspects sociétaux de l'énergie nucléaire
Depuis ses débuts, le nucléaire civil a toujours été promu comme une «énergie propre» et pacifique. Fondé sur une technologie sûre et à la pointe du progrès, il permettait de s’assurer une indépendance énergétique face au pétrole, ressource inégalement répartie et existant en quantité finie. La France a ainsi fait le choix du nucléaire, comme bien d’autres pays industrialisés et de nombreuses centrales ont été installées dans le monde dès les années 1960-1970.
Puis, les premiers accidents ont commencé à semer le doute dans les esprits. En 1979, celui de Three Mile Island aux Etats-Unis a rappelé que les centrales étaient implantées au voisinage de zones très peuplées. En 1986, la catastrophe de Tchernobyl en Ukraine a révélé que la portée d’un accident dépassait les frontières d’un pays. En 2011, Fukushima a montré que des accidents pouvaient toujours survenir, y compris dans des pays à la technologie réputée très sérieuse comme le Japon.
Le risque d’accident nucléaire est certes décrit comme faible, mais les accidents, eux, sont bien réels et leurs conséquences énormes: contamination de l’environnement, évacuation des populations humaines pour des durées souvent encore indéterminées; ces conséquences font l’objet d’études approfondies, la radioactivité étant un phénomène dont la durée de vie dépasse très largement la durée de vie humaine.
Se pose aussi la question des déchets nucléaires pour lesquels il faut trouver une solution durable acceptable. Leurs effets concernent au moins plusieurs centaines de générations futures, sans parler du risque d’accident toujours présent lors de leur transport.
Bien sûr, de nombreux chercheurs et ingénieurs travaillent sur la sûreté des centrales et la gestion des déchets. Des instances spécifiques, comme l’Autorité de sûreté nationale en France, veillent au respect des normes, aujourd’hui internationalement édictées ; l’idée est d’atteindre le risque d’accident le plus faible possible, une notion qui demeure surtout une question économique résultant d’une analyse coût avantage.
La catastrophe de Fukushima a replacé le nucléaire au cœur du débat public. L’accident japonais est non seulement l’occasion d’interroger la sûreté des installations nucléaires mais, plus généralement, de repenser les relations entre nucléaire et société. Longtemps imposé comme choix politique et décision d’Etat, le nucléaire est contesté par de multiples organisations non gouvernementales et de nombreux citoyens. A commencer par les Japonais, aujourd’hui fortement mobilisés, ou encore les Allemands.
Le nucléaire n’est pas uniquement une question de technique ; c’est aussi une question de société qui ne se limite pas seulement à l’indépendance énergétique, aux perspectives économiques et aux impératifs du développement durable. L’existence et la connaissance du risque nucléaire ont un impact sur les populations, impact qui n’a jamais été vraiment pris en compte. La peur, justifiée ou non, a été assimilée à de l’ignorance et les politiques et les industriels ont longtemps cherché à faire accepter le nucléaire coûte que coûte aux citoyens, considérés comme non compétents pour porter un jugement informé. Ce procédé a sans doute terni la qualité des débats publics menés jusqu’à présent sur le nucléaire. Là encore l’accident de Fukushima a fait changer les choses: en juillet 2011, l’Académie des sciences française a rendu un avis déclarant que la recherche sur le nucléaire ne devait pas être réservée aux organismes l’exploitant, mais se dérouler dans les universités et dans les organismes publics de recherche, comme le CNRS. Une sorte de blanc-seing pour la recherche académique dans son ensemble et notamment pour des programmes de Sciences Humaines et Sociales indépendants des exploitants, qui contribueront peut-être à mettre en place un vrai débat public sur la question du nucléaire.

Perspectives économiques de l'énergie nucléaire
Le rapport parlementaire publié le 15 décembre 2011 par la Mission sur la sécurité nucléaire, la place de la filière et son avenir souligne que le nucléaire français est synonyme d’un savoir-faire industriel internationalement reconnu et représente plusieurs dizaines de milliers d'emplois. Le rapport insiste sur un deuxième aspect : la sécurité énergétique, enjeu de puissance et d’indépendance pour la France et ses industries.
Le rapport de la Cour des comptes paru le 31 janvier 2012 traite plus précisément des coûts de la filière électronucléaire. L’investissement public initial est estimé à 188 milliards d’euros. Les dépenses courantes annuelles s’élèvent aujourd’hui à 10 milliards d’euros pour EDF (dont 8,9 milliards d’euros de charges d’exploitation et 1,1 milliard d’euros de provisions pour la gestion des combustibles usés et la gestion à long terme des déchets) et à 644 millions pour l’Etat (414 millions pour l’effort de recherche et 230 millions pour les coûts relatifs à la sûreté, la sécurité et l’information des citoyens).
Les charges futures, encore incertaines aujourd’hui, sont évaluées à 79,4 milliards d’euros (dont 62 milliards pour EDF) : elles concernent le démantèlement des centrales en fin de vie, la gestion du combustible usé et celle des déchets ultimes. S’y ajoute le surcoût des évaluations de sécurité mises en place après Fukushima ; le rapport de l'Autorité de sûreté nucléaire sur les évaluations complémentaires de la sûreté des installations nucléaires prioritaires au regard de l’accident survenu à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi, paru début 2012 , a été suivi de l'engagement d'EDF d'apporter les investissements nécessaires.
Toujours selon la Cour des comptes, des investissements importants à court et moyen terme sont à prévoir pour permettre le maintien de la production actuelle, ce qui ne sera pas sans conséquences sur le coût global de production de l’électricité.

Causes et enseignements des accidents de Three Mile Island, Tchernobyl, Le Blayais et Fukushima
Three Mile Island
Le 28 mars 1979, à la centrale de Three Mile Island, une panne des pompes principales d'alimentation en eau de l'unité 2 (TMI-2) combinée à une signalisation erronée d'une vanne de secours (déclarée fermée alors qu'elle était ouverte) entraîne la surchauffe du réacteur : s’ensuit la fusion d'une partie du cœur, mais l'enceinte de confinement du bâtiment réacteur n’est pas affectée et il n’ y a pas de rejet de radioactivité dans l’environnement.

Tchernobyl
Le 26 avril 1986, à la centrale de Tchernobyl, lors d’une expérience d'amélioration de la sécurité, six erreurs humaines graves conduisent à un emballement de la réaction en chaîne dans l’un des 4 réacteurs : s’ensuit une augmentation de la température du cœur du réacteur qui fait au contact de l’eau exploser les pastilles combustibles d'oxydes d'uranium puis l’hydrogène formé par le contact de l’eau avec la très forte chaleur produite par le cœur du réacteur. Faute d’enceinte de confinement, le cœur du réacteur se retrouve à l’air libre et le graphite qui sert à ralentir les neutrons prend feu : une grande partie de la radioactivité est envoyée à l’extérieur, 10 jours durant, le temps que l’incendie soit maîtrisé.

Le Blayais
Le 28 décembre 1999, à la centrale du Blayais, après une tempête qui fait déborder l’eau de l'estuaire de la Gironde, l’inondation des sous-sols de la centrale, et notamment des tranches 1 et 2, met hors d'usage certaines installations de sécurité. Les circuits de secours fonctionnent néanmoins et permettent d'éviter la catastrophe.

Fukushima
Le 11 mars 2011, à la centrale de Fukushima, après un tremblement de terre de magnitude 9 survenu dans l'océan Pacifique au large des côtes nord-est du Japon, les réacteurs s’arrêtent et les circuits de refroidissement se mettent en place. Mais, deux heures après, une vague de 15 mètres passe les digues de sécurité, prévues pour des vagues de 5 mètres "seulement", et inonde tout, détruisant les circuits de refroidissement. La température du cœur monte alors, les gaines du combustible fondent, de l’hydrogène se forme et explose détruisant le bâtiment réacteur. Lors de cet accident, une grande quantité de radioactivité est relâchée dans les airs et dans la mer.

Le risque de défaillance d’une centrale nucléaire est supposé être si minime que chaque accident grave est l’occasion d’en tirer des leçons. L’accident de Three Mile Island a eu des conséquences positives en terme de "sûreté des réacteurs" : une culture de la sûreté s'est développée, ce qui a conduit à améliorer la sécurité des réacteurs dans le monde entier.
La catastrophe de Tchernobyl a constitué une leçon grandeur nature de la gestion des accidents graves, de la communication et de l’information du public. Si elle a été vite mise sur le compte d’un régime soviétique vieillissant, incapable d’assurer l’entretien de ses centrales, elle a surtout mis en évidence les répercussions transfrontalières que pouvait avoir un accident nucléaire. Ces conséquences susceptibles d’affecter, directement ou indirectement, de nombreux pays situés même à grande distance du lieu de l’accident ont motivé la mise en place d’une échelle analogue à celle de Richter pour les tremblements de terre, l’échelle INES (International Nuclear Event Scale) ou échelle internationale des événements nucléaires, aidant à percevoir la gravité d’un accident nucléaire.
Quant à la catastrophe de Fukushima qui aurait pu être évitée si, par exemple, la digue avait été plus haute, elle replace comme priorité absolue la sûreté des installations même face à des situations hautement improbables. En France, l’événement de la centrale du Blayais en 1999 avait déjà conduit à réévaluer le risque d’inondation dans les centrales nucléaires françaises et à lancer des travaux afin de relever les digues. Celui de Fukushima a entraîné des évaluations complémentaires de sûreté (ECS), réalisées par l'Autorité de sûreté nucléaire à la demande du gouvernement.

Conséquences environnementales et humaines des accidents nucléaires
Conséquences environnementales des accidents nucléaires
Les conséquences environnementales des accidents nucléaires sont difficiles à mesurer. D’autant plus que les "points zéro" manquent : l’état de la biodiversité avant les accidents n’est généralement pas très bien connu. Après un accident nucléaire, les hommes sont évacués, mais les animaux domestiques restent, ainsi que la végétation. La terre est contaminée pour de longues années, ainsi que tous les végétaux alimentaires qui y poussent. Le seul site où le recul est suffisamment grand est celui de Tchernobyl. Les études récentes y ont mis en évidence une riche biodiversité. Des espèces animales s’y développent, mais aussi parce qu’elles n’ont pas à craindre les chasseurs, faute d’humains dans la zone d’exclusion! Dans cette "zone interdite" de 30 km de rayon autour de la centrale, la forêt a été rebaptisée "forêt rousse" tant elle a été brûlée par les radiations. Environ 900 tranchées y ont été creusées dès 1987 par les autorités soviétiques pour y enterrer, sous une fine couche de sable, déchets végétaux contaminés et déchets fortement radioactifs issus de la centrale accidentée.
Depuis une dizaine d’années, des équipes ukrainiennes, aidées d’équipes du CEA, de l’IRSN et du CNRS, observent que dans l’une de ces tranchées, la tranchée T22, certains nucléotides (césium 137, strontium 90, plutonium) migrent plus rapidement que ce que les facteurs physico-chimiques auraient laissé prévoir. La piste microbiologique est explorée : en effet, des bactéries du sol sont probablement impliquées, certaines espèces captant les radionucléides à leur surface (biosorption), tandis que d’autres les incorporent (bioaccumulation). Des mécanismes qui permettent d’immobiliser la radioactivité, ou, avec la migration des cellules, de la propager.
Ces analyses microbiologiques devraient permettre de mieux comprendre la migration des radionucléides dans l’environnement.

Conséquences humaines des accidents nucléaires
En cas d’accident grave dans une centrale nucléaire, les autorités évacuent les populations les plus proches en raison d’un risque sanitaire lié à l’exposition aux substances hautement radioactives qui peuvent être émises et transportées dans l'air, contaminant aussi la terre et l’eau. Pénétrant dans les organismes par la respiration, l'absorption d'aliments ou d'eau contaminés, ou bien encore par une plaie, ces particules se fixent sur certains organes, provoquant ainsi une irradiation interne (l'iode radioactif se fixe par exemple sur la thyroïde, le césium 137 sur les muscles et le cœur).
Lorsque l’irradiation est très importante ou qu’elle se prolonge, l’accumulation de radioéléments dans les cellules est susceptible d’entraîner un cancer. Il est cependant toujours difficile d’évaluer précisément l’impact d’un accident nucléaire sur la santé des populations.
Le rapport de l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) et de l’AIEA (Agence Internationale de l’Energie Atomique) sur la catastrophe de Tchernobyl, paru en 2005 sous l’égide des Nations-Unies, a évalué le nombre de décès de victimes immédiates de l’accident à moins de 50 et à 2200 celui de l’excès de décès entraîné par l’exposition à la radioactivité des 200 000 "liquidateurs" les plus exposés. Par ailleurs, des registres font état d’environ 4000 cas de cancers de la thyroïde diagnostiqués imputables à l’accident de Tchernobyl, chez les enfants et les adolescents âgés de moins de 18 ans en 1986, âge où la maladie est rare et n’a pu être induite que par une contamination à l’iode radioactif dispersé dans les premiers jours qui ont suivi la catastrophe.
Cependant, ces chiffres font l'objet de fortes controverses dans la communauté scientifique internationale et il est donc encore aujourd'hui, plus de 20 ans après, très difficile d'avoir une estimation fiable du nombre de victimes de cette catastrophe.
D’autres conséquences graves, notamment psycho-sociologiques, existent pour les populations humaines: la détresse, pouvant mener au suicide, des populations évacuées qui perdent tout du jour au lendemain et la peur de la contamination (à Tchernobyl, un grand nombre de femmes ont avorté par crainte de donner naissance à des enfants malformés).

La temporalité des décisions
Dans les pays où ils surviennent, les accidents nucléaires posent le problème, après l’évacuation immédiate des territoires contaminés, de la réinstallation ultérieure des populations.
Combien de temps déclare-t-on les zones interdites ? Autour de la centrale de Fukushima, une zone rouge de 20km a été délimitée dans laquelle le gouvernement travaille à la dépollution: nul ne sait quand les quelque 110 000 habitants seront autorisés à rentrer.
À Tchernobyl, près d’un millier d’habitants évacués sont revenus vivre illégalement presqu’aussitôt dans la zone interdite des 30km et jusqu’au pied de la centrale. Ces "samosioli" vivent en autosuffisance, préférant le risque choisi à l’exode imposé.
Le nucléaire est un investissement politique sur le très long terme qui impose des décisions sur plusieurs décennies, difficiles à remettre en cause même après un accident nucléaire majeur comme celui de Fukushima : le Japon après avoir arrêté tous ses réacteurs nucléaires, a décidé d’en relancer deux en juin 2012, malgré une vague très importante de protestations.
La responsabilité face aux générations futures caractérise tous les débats sur l’environnement et le nucléaire n’y échappe pas.
D’autre part, au risque d’accident, s’ajoute la problématique du stockage des déchets radioactifs dont la temporalité dépasse largement l’échelle de vie humaine. Leur enfouissement géologique profond est à l’étude. Pour ses partisans, cette solution aurait l’avantage de ne pas laisser aux générations futures le soin de gérer cet héritage encombrant. Pour ses opposants, l’enfouissement des déchets ne serait pas une solution viable sur le très long terme.

Sûreté des centrales et sécurité des personnes
Sûreté des centrales
La sûreté des centrales nucléaires est un objectif prioritaire internationalement partagé.
En France, des organismes spécifiques d’évaluation du risque ont été mis en place. Jusqu’en 2006, la sûreté nucléaire des installations civiles était sous contrôle de l’état, mais la loi n°2006-686 du 13 juin 2006 relative à la transparence et à la sécurité en matière nucléaire (dite "loi TSN") a instauré la création d’un organisme indépendant de contrôle : l’ASN (Autorité de Sûreté Nucléaire). En son sein, le Service d'Evaluation de la sûreté des Réacteurs à Eau sous Pression (SEREP), par exemple, est chargé de mener toutes les actions techniques visant à assurer la sûreté de l'exploitation de l'ensemble des réacteurs à eau sous pression qui compte 58 réacteurs mis en exploitation entre 1977 et 1999 sur 19 sites, dont plusieurs en zones sismiques.
La sûreté est bien sûr une question de coût qui reste dimensionné dans la limite du raisonnable : certes, à Fukushima, si la digue avait été plus haute, la catastrophe aurait été évitée. Mais personne n’avait envisagé une vague de 15 mètres de haut.
La sûreté des centrales n’est pas uniquement une question de fiabilité technique : elle est aussi liée à la formation et à la compétence des personnes qui y travaillent. Or de nombreuses centrales fonctionnent depuis des temps qui dépassent la durée d’une carrière professionnelle : se pose alors la question de la transmission de l’historique de la centrale, voire même de son mode d’emploi complet. De plus, l’hyperspécialisation des postes et l’externalisation de certaines tâches pour des interventions courantes ne facilitent pas la maîtrise coordonnée de l’ensemble des paramètres de sûreté.

Sécurité des personnes
En cas d’accident de centrale nucléaire, les travailleurs de la centrale sont les plus exposés.
A Tchernobyl, par exemple, les hommes qui poussaient les morceaux de combustibles sur le toit ont été exposés à des doses maximales. Viennent ensuite les personnes habitant dans un périmètre défini par les autorités (en France, 10km) autour de la centrale. Elles sont censées connaître les mesures d’urgence, disposent d’un numéro vert ainsi que de pastilles d’iode à prendre dans les heures qui suivent un accident majeur. Pour les autres, tout dépend des conditions de l’accident : l’échappement des poussières radioactives peut former un nuage qui va circuler jusqu’à l’autre bout de la planète ou bien, du fait de pluies, se retrouver au voisinage le plus proche de la centrale.
En France, l’ASN (Autorité de sûreté nucléaire) participe à l’élaboration des plans de gestion de crise et à la vérification des systèmes d’alerte. Néanmoins, de nombreuses centrales sont situées à côté de grosses villes où des procédures d’évacuation sont difficiles à mettre en œuvre.
En ce qui concerne le transport de substances radioactives (combustible usé et déchets nucléaires) depuis une centrale vers une installation de retraitement ou un centre de stockage, c’est également l’ASN qui en assure le contrôle. La sûreté du transport repose avant tout sur le colis qui désigne l’ensemble constitué par l’emballage et son contenu. La conception du colis obéit à des critères stricts de sûreté, fixés par l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) et dont l’ASN, en France, garantit l’application. Diverses épreuves réglementaires, incluant des accidents de référence, doivent démontrer la sûreté des emballages pour permettre leur homologation. Les colis sont conçus pour assurer la protection, dans des conditions normales ou accidentelles, des personnes (population et travailleurs) et de l’environnement.

Nucléaire et développement durable
Le développement durable repose sur trois piliers : économique, social et environnemental.
Le nucléaire reste un choix énergétique principalement motivé par son intérêt économique. Il permet de fournir de l’électricité relativement bon marché. Dans le monde, fin 2011, 435 réacteurs étaient en fonctionnement produisant à peu près 13% de l’électricité mondiale. En France, ce sont 58 réacteurs qui assurent environ 78% de la production totale d’électricité du pays.
Côté social, le nucléaire continue de susciter des controverses. L’une d’entre elles concerne la sous-traitance par EDF de l’entretien de ses centrales à des sociétés extérieures dont les employés sont exposés à des conditions de travail discutables : précarité et exposition continue à la radioactivité par le cumul d’emplois.
Côté environnemental, un intérêt est largement mis en avant : le nucléaire ne produirait pas, ou très peu, de gaz à effet de serre (GES). Mais ce décompte des GES n’intègre pas l’extraction de l’uranium qui s’opère à l’étranger, ni le transport de l’uranium et des déchets. D’autre part, les mines sont sources de pollution pour l’environnement lors de leur exploitation et pendant de nombreuses années après leur fermeture. Enfin, l’énergie nucléaire n’est pas une énergie renouvelable : les réacteurs actuels REP (réacteurs à eau pressurisée) et leurs immédiats successeurs, les EPR (réacteurs pressurisés européens), consomment beaucoup d'uranium naturel, une ressource qui risque d’être épuisée, au rythme actuel d’utilisation, d’ici un peu moins de 100 ans. De plus, les déchets sont toujours en attente d’une solution définitive. Faute de pouvoir être recyclés ou éliminés, ils s’accumulent peu à peu sur la planète.

Le ressenti des populations vis-à-vis du nucléaire et les enquêtes d'opinion
Le ressenti des populations
Face au nucléaire, les citoyens se sentent généralement exclus des processus décisionnels. Depuis longtemps, les autorités et les industriels cherchent à favoriser l’"acceptabilité sociale" du nucléaire et à rassurer le public. C'est ainsi que les sondages d’opinion menés par EDF dans les années 1980 auprès des sites pour mesurer la tension sociale liées à l’implantation des centrales indiquaient une opinion stabilisée et favorable au nucléaire.
Mais le manque d’information sur la contamination liée à l’accident de Tchernobyl a initié une revendication plus forte de transparence. Le mouvement anti-nucléaire, après les grandes manifestations des années soixante-dix, s’est essoufflé dans les années 80, une fois la nucléarisation du pays accomplie. Avant de connaître, après Tchernobyl, dans les années 90, une renaissance, comme en témoigne la constitution du réseau Sortir du nucléaire, qui regroupe plus de 700 associations. S’y est ajoutée la voix d’une contre-expertise scientifique avec des organismes tels que la Commission de Recherche et d'Information Indépendantes sur la RADioactivité (Criirad) dont les avis divergent des communications officielles et qui mène elle aussi des actions d’information en direction du grand public.
L’accident de Fukushima, la plus grande catastrophe nucléaire depuis celle de Tchernobyl, n’a pas renforcé ce renouveau et la mobilisation antinucléaire en France reste faible : la manifestation organisée à Paris deux jours après la première explosion a rassemblé à peine 300 personnes. Et les choix politiques des Français, à l’inverse de certains de nos voisins (Allemagne, Italie) depuis Fukushima, témoignent plutôt de leur acceptation du nucléaire. Au niveau mondial, la plupart des grands pays très consommateurs d'énergie (Chine, Inde, USA, Royaume-Uni, Russie,...) ont également réaffirmé leur implication dans l'énergie nucléaire.

Les enquêtes d'opinion
Comment savoir de façon précise ce que pensent les Français du nucléaire ? Tout dépend de l’institut qui fait le sondage et du commanditaire.
Ainsi, à l’occasion du dernier sondage européen (Eurobaromètre, publié en mars 2010) , 45% des Français se sont prononcés en faveur d’une diminution du nucléaire en France, soit 6% de plus qu’en 2007. Un autre sondage, commandé par EDF et réalisé par TNS Sofres les 15 et 16 mars 2011, révèle lui que 55% des Français ne sont pas favorables à une sortie du nucléaire et 62 % font confiance à EDF pour empêcher tout risque d'accident nucléaire en France.
Dans le même temps, un sondage Ifop réalisé pour Europe Ecologie-Les Verts montre que 70% des Français sont favorables à un arrêt du programme nucléaire de la France et du fonctionnement de ses centrales (19% à court terme et 51% à échéance de 25/30 ans).
Dans le cadre de l’étude Triélec portant sur la campagne présidentielle 2012 qui rassemblait trois équipes de recherche spécialisées dans l'étude des élections, des opinions et de la communication politique, des enquêtes TNS Sofres –TriÉlec ont mesuré régulièrement le niveau de soutien des Français à la production d’énergie par les centrales nucléaires. La proportion des personnes interrogées exprimant une opinion tout à fait ou plutôt favorable est passée de 50% en octobre 2011 à 58% en décembre 2011, puis 61% en février 2012. Ainsi, un an après l’accident de Fukushima qui a conduit plusieurs pays à décider d’abandonner la production d’énergie nucléaire face à une montée d’hostilité de leur opinion publique, les Français semblent n’avoir jamais été aussi favorables à l’énergie nucléaire. Une ferveur que pourrait expliquer la médiatisation des événements de Fukushima (qui ont surtout mis en avant la sûreté des installations françaises et l’incompétence des Japonais) et peut-être ce que les analystes nomment "le cadrage politique" qui a notamment pointé dans les discours l’impossibilité de se passer de la filière.

Le défi NEEDS (Nucléaire, Energie, Environnement, Déchets, Société)
La Mission Interdisciplinarité du CNRS a lancé en 2012 le défi "Nucléaire : Energie, Environnement, Déchets, Société" (NEEDS) qui vise à fédérer l’effort interdisciplinaire de recherche sur le nucléaire, afin de fédérer les recherches académiques sur les technologies nucléaires innovantes, sur la transition énergétique, sur le stockage des déchets et sur tous les aspects de la relation entre la société, la nature et la technologie nucléaire. Ce programme prend la suite des recherches menées depuis 1997 dans le cadre du programme CNRS PACEN (Programme sur l’Aval du Cycle et l’Energie Nucléaire).

Ce programme national de recherche s’inscrit dans un cadre déterminé : celui des exigences des deux lois, n°2005-781 sur l’énergie et n°2006-739 sur la gestion des matières et déchets radioactifs ainsi que le décret n° 2008-357 du 16 avril 2008 sur les missions du CNRS, du CEA et de l’ANDRA. Ce programme est construit avec les grands partenaires du nucléaire. Il a pour ambition de mettre à contribution et valoriser le large éventail de compétences du monde académique (CNRS et universités), de développer de nouvelles compétences au sein de la recherche fondamentale, de renforcer les relations avec les partenaires, tout en aidant la communauté académique à développer une analyse propre sur l’avenir du nucléaire et des programmes de recherche associés, analyse qui devrait contribuer de façon éclairée aux débats sociétaux autour des différents aspects de cette source d’énergie très particulière : risques associés, sûreté, organisation sociale, gestion des déchets, technologies du futur, …

Le défi NEEDS assure l’élaboration de programmes scientifiques, de réseaux et de compétences diversifiées, afin de faire progresser la recherche en vue de :
• réduire la quantité de déchets, optimiser la consommation des ressources et la gestion des matières valorisables, tout en assurant une sûreté accrue des installations,
• améliorer le traitement des déchets pour réduire les volumes et conséquences environnementales à court et à long terme,
• améliorer la compréhension des mécanismes moléculaires et macroscopiques qui sont à l’origine de l’immobilisation et de l’isolation des radionucléides en milieu géologique poreux, notamment afin d’améliorer la confiance dans un stockage.
• adapter des matériaux pour qu’ils résistent mieux aux conditions extrêmes du nucléaire (température, contraints mécaniques, étanchéité, rayonnement, milieux chimique…),
• analyser de façon fine et intégrée l’impact environnemental en approfondissant notre compréhension des fixations et transferts des radionucléides,
• favoriser la prise en compte dans la recherche des transformations récentes dans le domaine social, éthique, politique, particulièrement dans le nouveau contexte créé par l’accident de Fukushima.
• faire progresser la réflexion sur les rapports entre connaissance, société et démocratie.

Fortement interdisciplinaire, NEEDS s’organise autour de sept projets fédérateurs, appuyés sur deux consortiums de compétences.
Les projets fédérateurs portent sur :
1. les systèmes nucléaires et scénarios,
2. le traitement et conditionnement des déchets
3. les milieux poreux dans le confinement des déchets,
4. l’impact des activités nucléaires sur l’environnement,
5. les ressources : mines, procédés, économie,
6. SHS : nucléaire, risque et société
7. les matériaux pour l’énergie nucléaire.

Les consortiums de compétences regroupent : les mathématiques appliquées ainsi que la physico-chimie et la radiolyse. Ils sont à la frontière entre recherche fondamentale et recherche dédiée à l’énergie nucléaire et représentent le liant nécessaire entre le cœur du programme NEEDS, piloté conjointement par le CNRS et les partenaires, et les chercheurs du CNRS développant des compétences plus générales que celles appliquées à l’énergie.

4 - Nouvelles technologies de production, de retraitement et de stockage
En France, la part de l’énergie nucléaire dans la production d’électricité était d’environ 78 % en 2011. En mai 2012, le Président de la République nouvellement élu a promis de ramener ce chiffre autour de 50 % à l’horizon 2025-2030. Par ailleurs, certains experts ont proposé des scénarios pour une sortie du nucléaire d’ici 2033. En un mot, le devenir de la filière électronucléaire de notre pays n’est pas encore écrit. De même que celui du monde qui, suite à la catastrophe de Fukushima, s’interroge sur sa dépendance à l’atome. Mais une chose est sûre, quelle que soit la trajectoire énergétique choisie, l’industrie nucléaire n’a pas d’autre solution que d’innover. Pour assurer la sécurité de ses installations, garantir l’approvisionnement en matières premières, retraiter les combustibles usés et enfin stocker durablement les déchets ultimes. Bref, afin de faire face à tous les futurs possibles.
Dans l’hexagone, 80 % du parc nucléaire aura atteint 30 ans en 2017. Ainsi, la question de son renouvellement se pose de façon aigüe. Raison pour laquelle la France construit actuellement son premier réacteur dit de troisième génération, l’EPR, sur le site de la centrale de Flamanville. Si l’EPR fonctionne sur le même principe que les réacteurs des générations précédentes, le principal argument en sa faveur concerne les questions de sécurité. Si bien que dans le contexte de l’après Fukushima, la troisième génération pourrait devenir la norme dans les toutes prochaines décennies.
Mais rien n’est pour autant gravé dans le marbre. Car le visage du nucléaire de demain dépend en partie des ressources en uranium, elles-mêmes conditionnées par l’évolution du parc mondial de réacteurs. Avec le parc actuel, les besoins en matières premières semblent couverts pour les 200 à 400 prochaines années. A l’inverse, si le nombre de réacteurs est multiplié par 5 au niveau mondial d’ici 2050, ce qui pour les experts n’a rien d’impossible, le secteur électronucléaire pourrait être à sec d’uranium avant la fin du siècle.
Pour pallier cette éventuelle pénurie, ou tout simplement ne pas risquer de tensions sur le marché de l’uranium, le forum international Génération IV, qui regroupe 13 partenaires (Argentine, Brésil, Canada, Chine, Corée du Sud, Russie, France, Japon, Afrique du Sud, Suisse, Royaume-Uni, Etats-Unis, Union européenne) s’est engagé sur la voie des réacteurs de quatrième génération à l’horizon 2040. Leur intérêt ? Contrairement aux réacteurs des générations antérieures, qui consomment quasi exclusivement de l’uranium 235, présent à seulement 0,72 % dans l’uranium naturel, la génération IV tire parti de l’uranium 238 qui compte pour plus de 99 % dans la composition de l’uranium naturel. Voire du thorium, un autre radioélément très abondant sur la Terre. Ainsi, sur 120 concepts, le forum Génération IV en a retenu six dont l’un au moins pourrait bien remplacer avant 2100 la filière nucléaire actuelle fondée sur l’uranium 235.
Mais au-delà de cette quatrième génération, les spécialistes du nucléaire s'intéressent à la fusion. Pour l’heure, elle n’existe que sur le papier, et les plus optimistes n’imaginent pas qu’elle puisse être maîtrisée avant 40 ans. Mais en principe, elle offre la possibilité d’une énergie nucléaire plus propre, plus sûre, pacifique et aussi durable que pourrait l’être la génération IV. Un rêve qui justifie les moyens colossaux mis en œuvre par ses promoteurs pour parvenir un jour à la maîtriser. Au point que d’aucuns imaginent qu’il serait envisageable de passer directement de la génération III à la fusion, sans passer par la case de la génération IV. Cela dit, cette génération IV possède également l’avantage d’apporter une réponse, même si elle n’est que partielle, à la question des déchets nucléaires. Et ce à un horizon bien plus palpable que celui de la fusion. En effet, parce qu’ils utilisent des neutrons de grande énergie, les réacteurs de la quatrième génération seraient susceptibles "d’incinérer " une partie des déchets les plus problématiques du nucléaire, ceux à très haute activité et à vie longue, essentiellement les actinides mineurs.
Pour autant, la transmutation de ces actinides, si elle fait l’objet de recherches actives, n’est pas la piste la plus avancée pour se "débarrasser" des déchets de l’industrie électronucléaire. De fait, la France, comme d’autres pays, a plutôt pris l’option de l’enfouissement en couches géologiques profondes. Si elle voit le jour, une telle opération ne devrait pas commencer avant 2025, mais elle occupera les spécialistes au minimum pour 100 ans. Preuve que les nouvelles technologies du nucléaire sont plus que jamais d’actualité !

EPR : amorce de renouvellement du parc nucléaire
Tout comme les réacteurs nucléaires de la génération précédente, l’EPR est un réacteur à eau pressurisée. Il consiste en un cœur rempli d’eau sous une pression de 155 bars, dans lequel des barreaux d’uranium enrichi, c’est-à-dire contenant 3 à 5 % d’uranium 235, sont soumis à un flux intense de neutrons, de telle sorte qu’ils se fragmentent en libérant de nouveaux neutrons – gage d’une réaction en chaîne – et de l’énergie. Evacuée par l’eau qu’elle contribue à chauffer, cette énergie permet ensuite de produire de la vapeur qui alimente une turbine destinée à la production d’électricité.
Ainsi, l’EPR ne constitue pas une rupture technologique par rapport à l’existant. Pour autant, aux dires de ses promoteurs, son intérêt réside dans sa très grande sûreté, concrètement liée à sa plus grande étanchéité et au renforcement de ses systèmes de secours en cas d’accident. Ses détracteurs, eux, le jugent trop complexe. Ainsi, son rival direct, l’américain AP-1000, est d’une conception allégée et plus simple de construction. Du reste, si l’EPR, dans un monde post-Fukushima, pourrait devenir la norme en terme de sécurité, d’aucuns jugent prématuré le passage à la génération III de réacteurs. Leur argument : en attendant la génération IV, il serait tout à fait possible de poursuivre l’exploitation de réacteurs de deuxième génération, dont les plus récents sont considérés par d’aucuns comme des réacteurs de la génération III. Actuellement, deux EPR sont en cours de construction en Chine, un autre en Finlande et un dernier en France, sur le site de la centrale de Flamanville. Son coût, de 6 milliards d’euros, a doublé par rapport aux prévisions initiales. La mise en service de l’EPR de Flamanville est prévue pour 2016.

Réacteurs rapides, prochain horizon du nucléaire ?
Un réacteur nucléaire capable d’engendrer son propre carburant : délire de spécialistes ? Non, principe du surgénérateur, encore appelé réacteur à neutrons rapides. Précisément, un cœur de plutonium pour la production d’énergie, mais dont une partie des neutrons émis lors des réactions de fission est utilisée pour bombarder l’uranium 238 (l’isotope le plus abondant de l’uranium) présent dans le combustible. Conséquence : une transmutation de cet élément en uranium 239, puis en neptunium et enfin en plutonium !
Plusieurs concepts de surgénérateurs ont été retenus par le Forum international génération IV. Mais le plus avancé est incontestablement celui du réacteur rapide refroidi au sodium, où ce dernier est utilisé comme fluide caloporteur, c’est-à-dire pour transférer la chaleur hors du réacteur. Un principe qui avait été retenu pour les deux surgénérateurs du CEA et d’EDF, Phénix et Superphénix, arrêtés respectivement en 2009 et 1998. De même que pour Astrid, un surgénérateur expérimental qui pourrait entrer en service en 2020.
Les réacteurs rapides au sodium sont-ils pour autant l’avenir du nucléaire ? D’aucuns pointent du doigt leur incroyable complexité, notamment liée à la manipulation du sodium, un liquide inflammable au contact de l’eau et de l’air ! Ainsi, il n’est pas évident qu’ils soient jamais plus sûrs qu’un EPR. Ils pourraient néanmoins devenir rentables en cas de raréfaction de l’uranium ou d’une envolée de son prix. D’où l’intérêt de nombreux pays pour cette technologie. A moins que ne se développent les réacteurs rapides refroidis au gaz ou au plomb, mais dont la technologie est bien moins avancée que celle du sodium.

Le thorium remplacera-t-il l’uranium ?
Dans l’esprit du public, le destin du nucléaire est irrémédiablement lié à l’uranium. Or pour produire de l’énergie nucléaire, une autre voie est possible, celle du thorium. La particularité de cette filière ? Elle est mise en œuvre dans des réacteurs dits à sels fondus. Ainsi, son combustible, au lieu d’être solide comme dans un réacteur « traditionnel », est liquide. De quoi adapter à la demande, et notamment en fonction des exigences de sécurité, la quantité de matière fissile dans le réacteur. Et en cas d’urgence, la possibilité de vidanger très rapidement.
Outre le thorium, un réacteur à sels fondus pourrait également utiliser de l’uranium naturel et du plutonium. Mais les calculs montrent qu’il est alors difficile de régénérer le combustible, et il existe des doutes sur la solubilité du plutonium.
Si aucun réacteur au thorium produisant de l’énergie n’a jamais été construit, son concept est pris très au sérieux par les spécialistes du Forum international génération IV, puisqu’ils l’ont retenu parmi les six filières possibles pour le nucléaire dit de quatrième génération dont l’une pourrait être amenée à prendre le relais de la génération à laquelle appartient l’EPR.
Autre avantage d’un réacteur au thorium, c’est un "mange tout". Ainsi, il pourrait incinérer les déchets dits transuraniens de la filière actuelle, ce qui n’est pas acquis pour les autres réacteurs de la quatrième génération. De même qu’il pourrait incinérer ses propres déchets une fois arrivé en fin de vie, en même temps que ceux des autres générations IV. Sans compter que le thorium se trouve en abondance à l’état naturel.
La Chine ne s’y est pas trompée qui entend reprendre à son compte les travaux notamment développés par des chercheurs français sur les réacteurs au thorium. Alors même que la France, avec une dizaine de spécialistes travaillant sur le sujet, semble pour l’heure tourner le dos à la filière.

Qu'est-ce que la fusion nucléaire ?
Concernant la fusion nucléaire, les blagues vont parfois bon train dans les laboratoires : "La fusion est l’énergie du futur… mais le sera toujours !" De fait, elle combine deux réalités. Alors que la fission consiste à casser des noyaux lourds, tel l’uranium, l’énergie de la fusion surgit lorsque des noyaux atomiques légers s’assemblent en un atome plus lourd, libérant des particules ultra énergétiques. Une réaction qui a tous les avantages : elle implique des atomes légers, en particulier les isotopes de l’hydrogène, dont le deutérium se trouve naturellement dans l’eau de mer. Elle n’engendre quasiment aucun déchet dangereux, ni risque de prolifération. Et elle est tellement fragile qu’il est physiquement impossible qu’un réacteur à fusion s’emballe.
Sauf qu’en près de 60 ans de recherche sur la fusion, personne n’a été jusqu’à aujourd’hui en mesure de la maîtriser. Et pour cause, pour ce faire, il faut être capable de contrôler un gaz de deutérium et de tritium chauffé à 150 millions de degrés (on parle alors d’un plasma), soit 10 fois la température du cœur du Soleil, et maintenu en lévitation par un champ magnétique qu’il engendre en partie. Il faut également disposer de matériaux capables de résister à des températures jamais atteintes sur Terre et à des flux très intenses de neutrons très rapides. Enfin, il faut produire du tritium, qui n’existe pas à l’état naturel, à partir de lithium bombardé par les neutrons du réacteur lui-même.
A partir de 2027, le réacteur expérimental ITER, actuellement en construction sur le site du CEA à Cadarache, permettra aux spécialistes de commencer à apprendre à maîtriser la stabilité d’un plasma de fusion. Pour autant, ce colosse de 15 milliards d’euros ne sera qu’un premier pas sur la voie de la fusion. La suite se jouera à partir de 2033 au Japon auprès d’un autre réacteur expérimental baptisé DEMO, puis avec PROTO, premier prototype de ce que pourrait être un réacteur à fusion industriel. Alors seulement la fusion pourra-t-elle être, qui sait, considérée comme l’avenir du nucléaire.

GUINEVERE : vers la transmutation des déchets
Parmi les déchets de l’industrie nucléaire, les plus problématiques sont les actinides mineurs. D’une part ils contribuent fortement au dégagement thermique du combustible irradié, d’autre part, certains d’entre eux ont une activité pendant des milliers d’années. Pour les traiter, il est par exemple envisagé de les transmuter, c’est-à-dire de les transformer en des éléments moins radioactifs et/ou radioactifs moins longtemps. Pour ce faire, une solution pourrait être la mise au point d’un réacteur nucléaire spécialement conçu pour "incinérer" les actinides.
Sur cette voie, les chercheurs du Centre d’étude de l’énergie nucléaire de Belgique, en collaboration avec le CNRS et le CEA, ont mis au point le réacteur GUINEVERE. Sa particularité : il est piloté par un accélérateur de particules ! Plus précisément, le cœur de GUINEVERE, dit sous-critique, est incapable d’entretenir lui-même une réaction nucléaire en chaîne. Ainsi, c’est un accélérateur qui lui apporte de l’extérieur le surplus de neutrons nécessaires à l’entretien de la réaction.
GUINEVERE n’est qu’une maquette de recherche à la puissance quasi nulle. Elle permet la mise au point de procédures destinées à surveiller et contrôler le fonctionnement de futurs réacteurs (pilotés par accélérateur), tel MYRRHA, un modèle de puissance intermédiaire qui pourrait être opérationnel en 2023. Certes, la loi de 2006 relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs n’envisage pas de recours à la transmutation avant 2040, si ce choix est retenu. Mais les avancées obtenues grâce à GUINEVERE et MYRRHA auront permis de faire la démonstration de la faisabilité du concept.

Stockage géologique des déchets : une solution de long terme ?
La loi de 2006 relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs a désigné le stockage en formation géologique profonde comme solution de référence pour "l’évacuation définitive" des déchets radioactifs de haute activité et à vie longue. Depuis 2000, la France s’est dotée d’un laboratoire souterrain, à Bure, dans la Meuse, afin d’étudier la faisabilité d’un tel projet, notamment les propriétés de confinement de la formation géologique d’argile située à 500 mètres sous terre. Conclusion de l’Andra dans un rapport rendu au gouvernement en 2005: le principe fonctionne.
Ainsi, si le débat public prévu en 2013 débouche sur une issue favorable à l’enfouissement, les premiers "colis" radioactifs devraient prendre place sur le site de Bure à partir de 2025. D’après les scientifiques, il faudra environ 1000 ans à l’humidité pour corroder les conteneurs dans lesquels sont enfermés les verres nucléaires renfermant la radioactivité. A partir de ce moment, l’eau souterraine devrait commencer à corroder ces verres. Mais si lentement qu’aucun radioélément ne devrait être relargué dans la couche d’argile avant 100000 à 200000 ans, couche où ils devraient diffuser à très petite vitesse.
Si des incertitudes scientifiques demeurent, il n’est pas prévu de sceller définitivement les galeries du site de Bure avant 2125. De quoi prendre le temps de la réflexion. Pour autant, il semble à peu près clair qu’il sera impossible de léguer la mémoire de ces sites pollués aux générations futures sur des centaines de milliers d’années. A titre de comparaison, nous avons perdu la signification des mégalithes de Stonehenge qui n’ont pas plus de 5000 ans ! L’enfouissement est néanmoins souvent considéré aujourd’hui comme la plus acceptable des solutions.


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