Qu’est-ce que la transition vers une énergie propre et quelle place y occupe l’électronucléaire ?

L’énergie est un élément essentiel aux activités quotidiennes et au développement humain et économique. En 2019, plus de 26 000 térawatts-heures d’électricité ont été produits à l’échelle mondiale, principalement à partir de combustibles fossiles mais aussi de l’énergie nucléaire et de sources d’énergie renouvelables, comme les énergies solaire, hydraulique et éolienne.

La production et la consommation d’énergie sont les principales sources des émissions de gaz à effet de serre dans le monde. Ces gaz étant une des principales causes des changements climatiques, les pays du monde entier s’efforcent activement d’amorcer une transition vers une énergie propre en modifiant leur mode de production énergétique.

Intéressons-nous de plus près à cette transition et au rôle de l’électronucléaire.

Que sont les gaz à effet de serre, le réchauffement climatique et les changements climatiques ?

La transition vers une énergie propre suppose de transformer notre mode de production énergétique en délaissant les sources qui émettent de grandes quantités de gaz à effet de serre, comme les combustibles fossiles, au profit des sources qui en génèrent peu ou pas, comme l’électronucléaire et les énergies hydraulique, éolienne et solaire.

La décision de s’engager sur cette voie a été prise dans l’Accord de Paris, accord international adopté par plus de 180 pays parties à la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC), afin de contenir l’élévation de la température moyenne de la planète nettement en dessous de 2 °C par rapport aux niveaux préindustriels en encourageant l’utilisation de sources d’énergie bas carbone pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Alors que près des deux tiers de l’électricité mondiale sont encore produits à partir de combustibles fossiles, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime qu’il faudra qu’au moins 80 % de l’électricité provienne de sources bas carbone pour atteindre les objectifs climatiques d’ici à 2050.

Que sont les gaz à effet de serre, le réchauffement climatique et les changements climatiques ?

Les gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone, le méthane, la vapeur d’eau, le protoxyde d’azote et l’ozone, absorbent la chaleur dans l’atmosphère et la réémettent vers la Terre, augmentant ainsi la température moyenne de la planète.

Si certains de ces gaz sont d’origine naturelle, la plupart sont aujourd’hui générés par l’homme. Depuis la révolution industrielle à la fin du XIX^e siècle, les émissions de gaz à effet de serre ont augmenté comme suite à la hausse de l’activité humaine et en particulier de l’utilisation de combustibles fossiles, notamment pour les carburants des automobiles et la production de chaleur à partir du charbon. En brûlant, ces combustibles rejettent du dioxyde de carbone.

Depuis plus d’un siècle, les gaz à effet de serre s’accumulent plus vite qu’ils ne se dissipent, ce qui, d’après les théories scientifiques les plus admises, accélère l’élévation de la température moyenne de la planète. C’est ce qu’on appelle le « réchauffement climatique ».

Ce phénomène entraîne des changements environnementaux, comme des conditions météorologiques plus extrêmes, des précipitations irrégulières, des périodes de sécheresse et des changements saisonniers imprévisibles, qui sont désignés collectivement sous le terme de « changements climatiques ». Au rythme actuel du réchauffement climatique, on s’attend à ce que les changements climatiques et leurs effets s’intensifient et rendent la vie sur Terre plus difficile.

Quelle est la place de l’électronucléaire dans la transition vers une énergie propre ?

L’électronucléaire est la deuxième source d’énergie bas carbone la plus utilisée actuellement pour produire de l’électricité, après l’énergie hydraulique. Les centrales nucléaires n’émettent presque pas de gaz à effet de serre pendant l’exploitation. D’après l’AIE, l’utilisation de l’électronucléaire a permis de réduire les émissions de dioxyde de carbone de plus de 60 gigatonnes au cours des 50 dernières années, soit l’équivalent de près de deux ans d’émissions par le secteur énergétique mondial.

L’électronucléaire représente environ 10 % de l’électricité mondiale et près d’un tiers de l’électricité bas carbone produite dans le monde. À l’heure actuelle, 440 réacteurs nucléaires de puissance sont en exploitation dans 30 pays, et 54 sont en construction dans 19 pays, dont 4 n’en ayant pas encore.

Du fait qu’elles peuvent fonctionner à pleine capacité de manière quasi ininterrompue, les centrales nucléaires peuvent assurer un approvisionnement énergétique continu et fiable. À l’inverse, les sources d’énergie renouvelables intermittentes, comme les énergies solaire et éolienne, doivent être complétées par d’autres sources lors des périodes d’interruption de production, par exemple lorsque le soleil est couché ou que le vent cesse de souffler.

Les centrales nucléaires peuvent aussi fonctionner en régime flexible pour s’adapter aux fluctuations de la demande énergétique et assurer la stabilité des réseaux électriques, en particulier ceux dans lesquels les sources d’énergie renouvelables intermittentes occupent une large place (plus d'informations ici). Certaines centrales nucléaires sont maintenant conçues pour fournir également des services non électriques, par exemple produire de l’hydrogène, ce qui peut favoriser la décarbonisation d’autres secteurs.

L’évolution des technologies électronucléaires a conduit à la conception de réacteurs avancés et innovants de la prochaine génération qui, en améliorant l’efficience de l’électronucléaire et en réduisant son coût, renforcent son attrait pour la décarbonisation. Les nouveaux modèles de réacteurs plus petits, plus flexibles et, dans certains cas, transportables devraient aussi améliorer l’accessibilité et le rapport coût-performance de l’électronucléaire et de ses applications non électriques, en particulier pour les régions reculées et difficilement accessibles de la planète (plus d'informations ici).

Comment fonctionne l’électronucléaire ?

L’électronucléaire est l’électricité produite par la libération contrôlée d’énergie nucléaire, c’est-à-dire l’énergie qui assure la cohésion du centre (noyau) des atomes. Cette énergie est libérée sous forme de chaleur lors de la fission nucléaire, qui consiste à scinder le noyau de matières spécifiques. La matière la plus couramment utilisée est l’uranium, métal lourd faiblement radioactif présent naturellement dans la croûte terrestre.

L’uranium, souvent enrichi pour augmenter sa capacité de fission, est généralement assemblé en barres de combustible qui sont placées à l’intérieur d’un réacteur nucléaire.

Dans le cas d’un réacteur à eau sous pression - le type de réacteur de puissance le plus utilisé dans le monde à l’heure actuelle - les barres de combustible sont placées dans la cuve du réacteur remplie d’eau. Elles sont alors bombardées de neutrons, particules nucléaires initialement générées par un dispositif (source neutronique) à l’intérieur du réacteur. Sous l’action de ces neutrons, les noyaux d’uranium dans les barres de combustible se scindent, libérant de l’énergie et des neutrons, lesquels provoquent à leur tour la fission d’autres noyaux d’uranium, et ainsi de suite, créant une réaction de fission nucléaire en chaîne.

Dans les réacteurs à eau sous pression, l’énergie libérée lors de la fission chauffe les barres de combustible et l’eau qui les entoure, qui est maintenue sous pression pour empêcher l’ébullition. La chaleur est extraite pour faire bouillir l’eau dans une autre cuve et produire de la vapeur, qui fait tourner une turbine géante à très grande vitesse. Cette turbine est connectée à un générateur qui se met également en mouvement, produisant de l’électricité. L’électricité alimente alors un réseau électrique interconnecté, qui assure l’acheminement de l’électricité des producteurs aux consommateurs.

La fission nucléaire se poursuit jusqu’à ce que les barres de commande soient insérées entre les barres de combustible. Ces barres de commande sont faites de matières telles que le cadmium, qui absorbent les neutrons sans provoquer de nouvelle fission, ce qui arrête la réaction en chaîne.