La meilleure option nucléaire

Imaginez une industrie nucléaire qui peut alimenter l'Amérique pendant des décennies en utilisant ses propres déchets radioactifs, brûlant les parties des déchets des réacteurs d'aujourd'hui qui sont les plus difficiles à éliminer. Ajoutez une technologie qui prend la paille nucléaire, l'uranium qui a été extrait et traité mais qui était pour la plupart inutilisable, et le convertit en encore plus de carburant. Ajoutez ensuite un modèle commercial mondial qui rend beaucoup moins probable que des sous-produits de réacteurs tels que le plutonium se retrouvent dans des armes nucléaires dans des pays comme l'Iran, alors même que la technologie nucléaire économique devient disponible pour le monde entier.

Le département américain de l'Énergie encourage les technologies de recyclage des déchets de grande envergure nécessitant de nouvelles conceptions de réacteurs. Mais des conceptions conventionnelles mises à jour comme le réacteur à eau bouillante simplifié économique de GE (illustré ici) sont prêtes aujourd'hui. (Crédit : Bryan Christie)

C'est le triple jeu séduisant que l'administration Bush espère tourner avec le Partenariat mondial pour l'énergie nucléaire (GNEP) qu'elle a dévoilé plus tôt cette année, un programme de recherche et développement à long terme presque aussi audacieux que le projet Manhattan. Les concepts de base du retraitement du combustible en son sein ont été lancés pendant la majeure partie d'un demi-siècle. Maintenant, ils sont à nouveau présentés comme un moyen de fournir un carburant abondant sans carbone pour un monde avide d'énergie menacé par le changement climatique induit par l'homme.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2006

• Voir le reste du numéro
• S'abonner

Dans le cadre de ce plan, pour lequel l'administration a demandé 250 millions de dollars pour l'exercice budgétaire commençant le 1er octobre, les États-Unis et certains pays partenaires traiteraient le combustible nucléaire usé en utilisant de nouvelles techniques qui en transformeraient une partie en plus de combustible et minimiseraient la quantité à éliminer. . Les États-Unis et leurs partenaires loueraient également le combustible des réacteurs à d'autres pays, qui renverraient ensuite leur combustible usé pour retraitement.

La technologie pourrait exploiter l'uranium beaucoup plus efficacement : Phillip J. Finck, directeur associé du Argonne National Laboratory près de Chicago, affirme qu'elle pourrait extraire jusqu'à 100 fois plus d'énergie de l'uranium qu'il n'est maintenant possible. Avec les déchets maintenant empilés dans les réacteurs des États-Unis, selon la théorie, GNEP pourrait produire toute l'électricité dont le pays aura besoin pendant des décennies, voire des siècles, en supposant que suffisamment de nouveaux réacteurs nécessaires puissent être construits. Cela éliminerait environ un tiers de toutes les émissions de dioxyde de carbone aux États-Unis (environ la partie qui provient aujourd'hui des centrales électriques à combustibles fossiles). Tout cela en réduisant les déchets et en empêchant le détournement de combustible vers des armes nucléaires.

Multimédia

• Vidéo : Des scientifiques s'expriment sur la menace du réchauffement climatique et sur la manière d'y faire face.

Dans la pratique, cependant, dans le meilleur des scénarios, le GNEP mettrait des décennies à se développer, et dans le pire, il pourrait ne rien produire ; cela pourrait s'avérer être un non-starter pour des raisons techniques, ou la technologie pourrait être économiquement non compétitive avec d'autres sources d'électricité sans carbone. Et le programme pourrait saper un objectif plus modeste et réalisable : ressusciter une industrie nucléaire qui n'a pas lancé de projet de réacteur réussi depuis 1974.

Aujourd'hui, un public autrefois méfiant à l'égard de l'énergie nucléaire s'y est ouvert comme une réponse possible au réchauffement climatique. De nouvelles conceptions de réacteurs similaires à celles utilisées dans la flotte commerciale d'aujourd'hui - mais censées être plus sûres et plus efficaces - sont déjà approuvées ou en cours d'examen par la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis. Les services publics sont à divers stades de la planification d'au moins 16 réacteurs de ce type (voir Agitations de renouveau graphique ) et peut déposer des demandes auprès du CNRC dès la fin de l'année prochaine.

De tels réacteurs sont l'alternative à court terme la plus prometteuse aux centrales au charbon conventionnelles supplémentaires qui produisent des quantités prodigieuses de dioxyde de carbone. Mais on ne sait pas quand ou si elles seront construites. Pour que cela se produise, l'industrie doit persuader les investisseurs de faire un grand plongeon. Cela signifie les convaincre que les centrales seront en concurrence financière avec d'autres sources intrinsèquement émettrices de carbone, comme les éoliennes, ou avec les centrales au charbon qui séquestrent leur dioxyde de carbone - une technologie qui peut être réalisable mais n'a pas encore été démontrée. (voir Le Dirty Secret ) . Selon l'Electric Power Research Institute (EPRI), une organisation de recherche sur les services publics à but non lucratif basée à Palo Alto, en Californie, dont les membres comprennent des propriétaires de centrales au charbon et nucléaires, les conceptions de réacteurs à court terme pourraient à peine être moins chères que la technologie de séquestration. Et si les États-Unis n'imposent aucune contrainte sur les émissions de carbone, l'énergie nucléaire devra continuer à concurrencer les centrales au charbon conventionnelles.

Pendant ce temps, l'industrie attend toujours une solution à son principal problème à court terme : que faire des déchets qui s'accumulent dans les centrales nucléaires existantes. Skip Bowman, président et chef de la direction du Nuclear Energy Institute, le groupe commercial de l'industrie, a déclaré que sans une solution rapide pour les déchets, la renaissance provisoire d'aujourd'hui s'arrêtera brutalement. Une entreprise ne peut pas obtenir une licence pour une nouvelle usine sans un plan pour les déchets, et à ce stade, attendre que le ministère de l'Énergie ouvre son dépôt de déchets de Yucca Mountain au Nevada ne constitue pas un plan. Dans ce contexte, dit Bowman, GNEP présente un facteur de distraction.

Certains universitaires sont d'accord, affirmant que le ministère de l'Énergie doit élaborer une stratégie nucléaire claire et s'y tenir. Andrew Kadak, ingénieur nucléaire au MIT (voir la vision nucléaire floue du DOE) , affirme que le ministère a suivi des politiques en zigzag. Il considère le GNEP comme la cinquième initiative nucléaire au cours des cinq dernières années, citant l'Initiative sur l'hydrogène nucléaire ; Nuclear Power 2010 (un effort pour innover sur un nouveau réacteur conventionnel d'ici cette année-là); Génération IV (une nouvelle suite de technologies de réacteurs, telles que les centrales refroidies au gaz ou au plomb) ; et l'Initiative avancée du cycle du combustible, à laquelle ressemblent certaines parties du GNEP.

Si le ministère de l'Énergie veut réduire les émissions de dioxyde de carbone en favorisant la relance promise de l'énergie nucléaire, il devra se dépêcher avant que les compagnies d'électricité remplissent le marché de centrales au charbon conventionnelles qui pourraient durer 50 ans. Le GNEP ne peut qu'affaiblir l'orientation du département, ajoutant des coûts et de la complexité avec de nouvelles technologies non testées.

Réacteurs rapides, progrès lents

GNEP est une vision à très long terme ; la plupart des 250 millions de dollars initiaux seraient dépensés uniquement pour étudier comment les nouvelles technologies pourraient fonctionner et ce qu'elles coûteraient. Mais la pensée de ses partisans est que nous avoir besoin une vision à très long terme. Le ministère de l'Énergie prévoit que 1 000 centrales nucléaires fonctionneront dans le monde d'ici le milieu du siècle, contre 441 aujourd'hui. Et l'approvisionnement en uranium existant, soutiennent les partisans du GNEP, n'alimentera pas autant de réacteurs.

La taille de l'offre d'uranium est en fait inconnue, car l'uranium a traversé une longue période de baisse des prix, et peu de gens l'ont recherché ces derniers temps. Selon des sources de l'industrie, il existe environ 3 millions de tonnes, mais 12 millions de tonnes supplémentaires pourraient être présentes. (Une étude du MIT en 2003 a prédit qu'il restait suffisamment d'uranium pour construire 1 000 réacteurs et les faire fonctionner pendant 40 ans.) Cependant, dans la mesure où nous devrons peut-être étirer cette ressource, GNEP offre un moyen - au moins sur le papier - de récupérer de grandes quantités d'énergie supplémentaire à partir de celui-ci.

Les réacteurs existants génèrent de l'énergie grâce à une réaction en chaîne qui commence lorsqu'un neutron libre frappe un atome d'U-235, un isotope de l'uranium, et divise son noyau. L'atome scindé rejette deux ou trois neutrons ; généralement, l'un sépare un autre atome d'U-235, et d'autres sont absorbés par des atomes d'un autre isotope de l'uranium, U-238, pour former du plutonium-239 et d'autres éléments transuraniens (ceux au-delà de l'uranium dans le tableau périodique). Ces transuraniens, ainsi que les produits de fission tels que les isotopes du césium, font partie des composants des déchets nucléaires.

Le problème, c'est que l'U-235 est un isotope relativement rare ; l'uranium naturel se compose d'environ une partie d'U-235 à 142 parties d'U-238, qui ne se divise pas aussi facilement. L'uranium utilisé pour les réacteurs est enrichi de sorte que l'U-235 se trouve à une concentration d'une partie sur 20. GNEP utiliserait l'uranium plus efficacement en brûlant les transuraniens du combustible usé, après qu'ils soient séparés des autres sous-produits par retraitement. Il pourrait également exploiter certains des U-238. La clé serait de développer une nouvelle génération de réacteurs, appelés réacteurs à neutrons rapides.

Les réacteurs refroidis à l'eau, comme presque tous les réacteurs aujourd'hui, ralentissent considérablement les neutrons après leur libération par la réaction en chaîne. Mais les réacteurs proposés par GNEP ne le feraient pas ; ils utilisaient un matériau différent, probablement du métal en fusion, pour évacuer la chaleur. (Malheureusement, le métal préféré à cet effet - le sodium - brûle au contact de l'eau ou de l'air.) Comme une boule de billard tirée par une queue plus puissante, les neutrons auraient un plus gros punch - assez pour diviser une partie du U-238 comme ainsi que les isotopes transuraniens.

Il se trouve que les transuraniens font partie des matériaux ayant la plus longue durée de vie dans le flux de déchets, et donc parmi les plus difficiles à éliminer. C'est ce qui rend le GNEP si attrayant non seulement en tant que solution au changement climatique, mais aussi en tant que solution pour les déchets. Finck dit que cela réduirait théoriquement la chaleur et la toxicité de ce qui est aujourd'hui considéré comme un déchet suffisant pour faire durer Yucca Mountain tout au long de ce siècle, au lieu d'être entièrement réservé avant que la première grappe de combustible ne soit enfouie.

Les pionniers de l'énergie nucléaire dans l'industrie et le gouvernement ont toujours supposé que le combustible serait retraité pour récupérer le plutonium en vue de sa réutilisation. Un tel retraitement est la façon dont le projet Manhattan a collecté du plutonium pour la bombe qui a détruit Nagasaki. (La bombe d'Hiroshima utilisait de l'uranium enrichi.) W. R. Grace a ouvert un centre de retraitement à West Valley, NY, en 1965 et l'a ensuite vendu à Getty Oil. L'usine a fonctionné jusqu'en 1972 et a coûté plus de 1,6 milliard de dollars à nettoyer. General Electric a également essayé de construire une usine à Morris, dans l'Illinois, mais elle a été jugée inutilisable en 1974. Ensuite, le président Carter a interdit la technologie en raison de problèmes de prolifération.

Le GNEP ramènerait ces idées de la tombe sous une forme beaucoup plus ambitieuse qui soulève une fois de plus de telles inquiétudes. L'un des soucis est la façon dont le matériau utilisable pour la bombe serait extrait du combustible irradié. Les partisans disent que le GNEP réduirait le risque de prolifération, car contrairement aux anciennes techniques de retraitement, encore utilisées dans certains pays, les nouvelles ne produiraient pas de plutonium pur. Mais aujourd'hui, huit kilogrammes de plutonium – la quantité nécessaire pour fabriquer une bombe – sont noyés dans environ une tonne métrique de déchets hautement radioactifs ; dans le nouveau système, il serait dilué avec seulement une petite quantité d'autres matériaux. Les gouvernements ou les terroristes trouveraient beaucoup plus facile de voler la matière séparée et d'extraire le plutonium, disent les critiques, qu'ils ne le feraient pour récupérer le plutonium du combustible nucléaire usé d'aujourd'hui.

Le secrétaire à l'Énergie Samuel Bodman, discutant du GNEP, a promis qu'il répondrait aux défis du terrorisme mondial. L'idée est de protéger le cycle du combustible : des pays comme l'Iran pourraient louer du combustible enrichi au niveau des réacteurs – 5 % d'U-235 – mais pas à des niveaux de bombes, généralement supérieurs à 90 % d'U-235. Ils renverraient leur combustible usé dans des pays plus sûrs pour retraitement et une deuxième tournée à l'intérieur des réacteurs avancés. Ces réacteurs, qui brûleraient une grande partie des éléments produits dans les réacteurs plus simples, seraient situés dans des endroits stables comme l'Indiana ou la Floride – ou dans des pays qui possèdent déjà des armes nucléaires.

Le partenariat qui en résulterait rapprocherait la politique américaine en matière de technologie nucléaire de celle de la Russie et de la France, qui séparent déjà toutes deux le plutonium. Les partisans citent cela comme un bonus supplémentaire d'un programme qui, selon Finck, fournira aux États-Unis une source d'énergie à long terme, abordable, sans carbone et à faible impact environnemental.

Le Mirage du GNEP

Mais GNEP peut être un mirage. D'une part, les sponsors n'ont pratiquement aucune idée de ce que cela coûterait ; les 250 millions de dollars proposés par l'administration Bush sont destinés à un programme qui espère comprendre cela. Les partisans du GNEP affirment que leur technologie augmentera suffisamment l'approvisionnement en combustible nucléaire pour réduire pratiquement à jamais les émissions de carbone et nous permettra d'éviter le spectre de choisir entre le réchauffement climatique et une énergie très chère. Il semblerait, cependant, qu'économiser de l'argent sur le combustible nucléaire ne peut être pratique que si le prix n'est pas un problème.

Richard L. Garwin, membre émérite d'IBM et co-auteur de sept livres sur les armes nucléaires et l'énergie nucléaire, estime que les usines de retraitement existantes comme celle qui fonctionne en France alimentent les réacteurs en plutonium à un prix d'environ 1 000 dollars le kilogramme d'uranium économisé. Mais le prix du marché de l'uranium, souligne-t-il, est d'environ 100 $ le kilogramme, et il pourrait atteindre un pic temporaire.

Le combustible ne représente qu'une partie du coût de l'énergie nucléaire, et Finck affirme que le retraitement du combustible et sa réutilisation dans les réacteurs à neutrons rapides n'ajouteraient que 10 % environ aux coûts énergétiques globaux. Mais d'où viendrait même cette modeste augmentation n'est pas clair. Frank N. von Hippel, physicien et expert en politiques à la Woodrow Wilson School of Public and International Affairs de l'Université de Princeton, note que les États-Unis ont entrepris de construire un réacteur rapide dans les années 1970, mais ont abandonné l'effort en 1983 après la France, l'Allemagne et le Royaume-Uni les a construits puis abandonnés car trop coûteux et difficiles. Et une fois les réacteurs rapides construits, le système envisagé par GNEP pourrait nécessiter jusqu'à un des nouveaux réacteurs coûteux pour trois réacteurs ordinaires, selon les sponsors, en fonction de l'efficacité des nouveaux réacteurs. Garwin dit à propos des réacteurs rapides : Il n'y a aucune idée que ces choses fassent leur chemin de manière économique.

J'espère que nous aurons plus de réacteurs ; J'espère certainement que le monde en aura plus, dit Garwin, se référant aux types qui fonctionnent commercialement aujourd'hui. Mais cela n'arrivera que s'il semble économiquement rentable pour l'industrie privée d'entrer dans ce domaine. Et à l'heure actuelle, une grande partie de l'argent intelligent - dont une partie est acheminée par le biais du ministère de l'Énergie - va non seulement dans cette énergie nucléaire conventionnelle, mais aussi dans d'autres sources d'énergie sans carbone, telles que l'éolien, le solaire et le charbon avec séquestration du dioxyde de carbone.

L'EPRI a récemment analysé les prix des sources d'électricité à zéro carbone et a découvert que si, comme le prétendent les fabricants, de nouveaux réacteurs pouvaient être construits pour 1 700 $ par kilowatt de capacité (moins que le coût des années 1980, même avant ajustement pour l'inflation), ils produiraient l'électricité à environ 49 $ par mégawattheure. Bien que cela représente environ les deux tiers du prix de la biomasse et la moitié du prix de l'éolien, d'autres technologies sur la planche à dessin peuvent faire le travail pour très peu plus. Pour environ 55 $ par mégawattheure, l'EPRI a découvert que le charbon pouvait être gazéifié et brûlé, et le dioxyde de carbone séquestré. Les centrales électriques fonctionnant au charbon gazéifié n'ont pas encore été commercialisées, mais des centrales conventionnelles à charbon pulvérisé pourraient être construites pour séquestrer leur dioxyde de carbone, et elles produiraient de l'électricité à environ 65 $ par mégawattheure. Ces technologies sont perçues par les investisseurs comme moins risquées, et les États-Unis ont des centaines d'années de charbon.

Dans quelques années ou quelques décennies, les taxes sur le carbone pourraient être universelles dans le monde industriel, une guerre dans le golfe Persique pourrait faire doubler ou tripler le prix du pétrole et la demande d'électricité pourrait augmenter, en particulier si quelqu'un proposait un meilleur batterie qui pourrait être produite en série pour les voitures électriques. Mais même si toutes ces choses poussaient le monde vers une énergie zéro carbone, nous serions toujours à la recherche de l'énergie zéro carbone qui coûte le moins cher. Cela pourrait être l'énergie nucléaire, selon l'EPRI. Mais Steve Specker, le président de l'EPRI, s'attend à une course de chevaux entre différentes technologies de charbon à zéro carbone.

Jouer avec la prolifération

Au-delà du problème des coûts, le GNEP pourrait inverser une stratégie efficace contre la prolifération, selon divers scientifiques, dont von Hippel de Princeton. Il soutient que le retraitement du combustible nucléaire irradié crée un trop grand risque, même si le plutonium est mélangé à de petites quantités d'autres matériaux qui ne constituent pas un bon combustible pour les bombes. Selon les opposants, non seulement le plutonium issu du combustible usé pourrait tomber entre de mauvaises mains, mais le retraitement aux États-Unis pourrait encourager d'autres pays à retraiter eux-mêmes les déchets nucléaires, rendant leurs propres sous-produits disponibles pour les armes.

Étant donné que les États-Unis ont renoncé au retraitement au milieu des années 1970 pour cette même raison, von Hippel trouve inquiétant que maintenant, avec le GNEP, le pays puisse l'adopter à nouveau. Les États-Unis réussissent extraordinairement bien depuis 30 ans à s'opposer à l'extension du retraitement aux États non dotés d'armes en avançant l'argument « Nous ne retraiterons pas ; vous n'en avez pas besoin non plus », dit-il. Cela s'inscrit dans la logique de l'étude du MIT de 2003, L'avenir de l'énergie nucléaire, qui a conclu que le retraitement tel que poursuivi par la France, la Russie et le Japon n'offrait pas de garanties suffisantes contre la prolifération. Il a également conclu que la perspective d'une pénurie d'uranium ne serait pas une raison pour passer au retraitement aux États-Unis pendant de nombreuses années à venir.

Il est facile de comprendre pourquoi la communauté des chercheurs est ravie de GNEP. Cela représente une énorme source de fonds. C'est un tour de passe-passe pour le monde en voie d'industrialisation, en particulier pour les bureaucrates qui voudraient racheter les prédictions, faites par leurs prédécesseurs des années 1950, d'une puissance trop bon marché pour être mesurée. Mais GNEP n'est pas pertinent pour une relance de l'énergie nucléaire. Les services publics ont abandonné plus de 100 projets de réacteurs dans les années 1970 et 1980, et ce n'est que maintenant – stimulé par les prix élevés des combustibles fossiles et un changement d'attitude du public – qu'ils envisagent de réessayer. Un cycle du combustible sophistiqué destiné à soutenir une industrie commerciale en plein essor est inutile s'il n'y a pas d'industrie commerciale. Ce dont l'énergie nucléaire a besoin, c'est d'être opérationnelle rapidement, supplantant les sources émettrices de dioxyde de carbone d'une manière économique et ennuyeuse. Sans cela, rien ne suivra.

Matthew L. Wald, reporter au bureau de Washington du New York Times , écrit sur l'industrie nucléaire depuis 27 ans.

cacher