La recherche sur l énergie nucléaire: relever le défi de la durabilité

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1 La recherche sur l énergie nucléaire: relever le défi de la durabilité LEAFLET Informations pratiques

2 Éclaircir le mystère des atomes! Les atomes sont les éléments constitutifs fondamentaux de la matière. Dans la nature, tout est fait d atomes: notre corps, l air, la mer. La matière telle que nous la connaissons est souvent une association complexe d atomes qui adopte une myriade de formes physiques et chimiques. De la philosophie grecque ancienne à la physique du XXe siècle Le concept d atomes est très ancien: la première référence à ces éléments vient de l Inde et date du VIe siècle av. J.-C. Le «père» du concept d atomes est le philosophe grec Démocrite qui, avec son maître Leucippe, a défini l atome comme le plus petit élément constitutif de la matière vers 450 av. J.-C. Ce n est qu au début du XXe siècle que des physiciens tels qu Ernest Rutherford ont commencé à éclaircir le mystère de la structure interne de l atome, qui consiste en un noyau extrêmement petit et dense, entouré d un «nuage» d électrons. La recherche un domaine qui relie la compréhension scientifique au progrès technologique La très célèbre équation d Einstein, E = mc 2 (l énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré), démontre l immense quantité d énergie que contient ce noyau. Plus tard, des pionniers tels qu Enrico Fermi ont montré comment cette énergie pouvait être libérée et exploitée grâce au phénomène de fission (division d un noyau atomique en deux ou plusieurs nucléides) ou de fusion des noyaux. On a ainsi compris que ces processus pouvaient être exploités à des fins pacifiques afin de répondre aux besoins quotidiens en énergie, et la recherche, à ce jour, reste un outil important pour y parvenir. Cinquante ans d efforts pour une énergie nucléaire durable La Communauté européenne de l énergie atomique (Euratom) a fêté son cinquantième anniversaire en 2007 et continue de développer ses forces en recherche et développement (R & D), en gardant toujours sa charte originelle à l esprit, laquelle promeut l utilisation de l énergie nucléaire à des fins pacifiques, en particulier à travers la recherche sur des applications de fission et de fusion notamment. Le traité instituant la Communauté européenne de l énergie atomique (Euratom) a ouvert la voie au développement du secteur européen de l énergie nucléaire civile et a par là même élargi le portefeuille européen des sources énergétiques. Il a apprécié à sa juste valeur l importance fondamentale de la recherche et s est révélé très innovant pour son époque, introduisant notamment le concept de programme de recherche communautaire (à savoir au niveau européen) financé par le budget européen. Les mots d ordre de ce traité sont la sûreté et la sécurité des centrales électriques existantes et futures, et la recherche de l Euratom contribue au maintien d un haut niveau de sûreté nucléaire en Europe. Aujourd hui, le programme de recherche sur la fission porte principalement sur la mise en œuvre de solutions pour la gestion des déchets radioactifs, l amélioration de la durabilité grâce au développement d une nouvelle génération de réacteurs (Génération IV) et une meilleure compréhension des effets de l exposition aux rayonnements à faible dose, de manière par exemple à limiter les risques et à optimiser les bénéfices de l utilisation des rayonnements dans la médecine et l industrie. L énergie de fusion, étant donné ses caractéristiques avantageuses, a le potentiel de devenir un composant clé d un bouquet énergétique durable pour l avenir. Il s agit d une source d énergie quasiment inépuisable, sûre par nature et dont l impact sur l environnement est minime. La recherche européenne, financée par les programmes-cadres de l Euratom, traite directement de la question du déclin des ressources naturelles et propose d ores et déjà des réponses à la menace posée par l action perturbatrice du changement climatique, favorisant ainsi un avenir plus durable face aux besoins sans cesse croissants d un monde en pleine mutation.

3 Oui à l énergie, non aux émissions de gaz à effet de serre La demande mondiale en énergie ne cesse d augmenter. Nous devons rapidement adopter un bouquet énergétique qui englobe des technologies énergétiques à haut rendement et à faible émission de dioxyde de carbone. La fusion a le potentiel de devenir une composante clé de ce bouquet énergétique. La fusion est le processus qui alimente le Soleil (on peut argumenter que c est l énergie de fusion qui permet la vie sur Terre). Dans une réaction de fusion, deux noyaux atomiques légers (le deutérium et le tritium) se rencontrent, fusionnent et en forment de plus lourds. Le résultat de cette réaction de fusion est l hélium, un neutron, et une immense quantité d énergie qui peut servir à produire de l électricité. L énergie de fusion peut fournir à grande échelle une alimentation électrique de charge de base qui, du point de vue environnemental, est responsable et durable. La quête de la recherche sur la fusion L immense défi auquel est confrontée la recherche sur la fusion consiste à créer les conditions adéquates pour que le processus de fusion se produise de manière efficace afin de parvenir à une puissance de fusion fournie nette. Ce sont cependant les avantages très attirants qui confèrent sa valeur à la recherche sur la fusion. La fusion ne produit ni émissions de gaz à effet de serre, lesquelles ont un impact très néfaste sur l environnement et le changement climatique, ni autres polluants nuisibles à l environnement ou déchets radioactifs à longue durée de vie. Elle est durable, car le carburant nécessaire à ce processus est inépuisable, et la planète regorge des combustibles de base nécessaires. Le deutérium abonde, on en trouve 0,033 gramme dans chaque litre d eau; quant au lithium, à partir duquel on produit du tritium, c est un métal léger que l on trouve dans la croûte terrestre. Il s agit d une source sûre par nature. Un réacteur à fusion est comme un brûleur à gaz, et un volume d environ m 3 ne contient qu environ 2 grammes de combustibles mais suffit pour fonctionner quelques secondes. Une réaction incontrôlée de «fuite» ne peut pas se produire. À long terme, la fusion aura un impact environnemental et opérationnel négligeable. Un demi-siècle d Euratom dans le développement de l énergie nucléaire civile La fission Des scientifiques allemands démontrent pour la première fois l existence du phénomène de fission nucléaire O. Hahn et F. Strassmann 1942 Première réaction nucléaire en chaîne contrôlée E. Fermi (prix Nobel de physique en 1937) La fusion 1939 Première théorie expliquant la production d énergie de fusion dans les étoiles par H. Bethe (prix Nobel de physique en 1968) 1947 Premier plasma à kilo-ampères créé à l Imperial College à Londres, au Royaume-Uni

4 Le projet ITER Amener le Soleil sur Terre. Le projet ITER (la plus grande installation de recherche expérimentale sur la fusion) vise à démontrer le potentiel de l énergie de fusion en tant que source de chaleur et d électricité. Consortium mondial se targuant de la présence de scientifiques de renom de l Union européenne et de Chine, de Corée, des États-Unis, d Inde, du Japon, de Russie et de Suisse, ITER devrait s appuyer sur les cinquante dernières années de recherche sur l énergie de fusion et ouvrir la voie à de futures applications commerciales. Les partenaires construisent un réacteur pour tester la faisabilité de la fusion nucléaire. Ce réacteur révolutionnaire est en construction dans le sud de la France, à Cadarache plus précisément. L organisme chargé de la contribution de l Europe à ce projet est une entreprise commune européenne basée à Barcelone. ITER permettra non seulement à l Europe de rester à l avant-garde de la recherche sur l énergie nucléaire, mais dynamisera par ailleurs la croissance industrielle et sera un lieu de rassemblement des esprits les plus spécialisés et les plus innovants Première centrale nucléaire opérationnelle à Obninsk, en URSS 1956 Premier réacteur nucléaire à l échelle commerciale à Calder Hall, au Royaume-Uni 1959 Première autorisation de mise sur le marché de l énergie nucléaire en France 1951 Le réacteur EBR produit sa 1955 Première conférence internationale 1957 Création de l Agence internationale première énergie électrique (4 ampoules) «Atoms for Peace» («Des atomes pour la de l énergie atomique par l ONU 1964 Premier réacteur soviétique VVER dans l État de l Idaho, aux États-Unis paix») à Genève, en Suisse Années 50 Recherches classées secrètes aux États- Unis, en Union soviétique et au Royaume-Uni sur les appareils à fusion en forme de beignets 1958 Recherche sur la fusion déclassée à la suite de la conférence «Atoms for Peace» («Des atomes pour la paix») à Genève, en Suisse 1968 Tomakak T3 conçu en Union soviétique

5 La recherche sur la fission pour protéger notre avenir Les principaux domaines d intérêt dans la recherche sur la fission nucléaire portent sur la garantie de la sécurité des centrales électriques existantes et futures, la gestion des déchets radioactifs, le développement de systèmes de réacteurs avancés et l utilisation de la radiation pour le diagnostic et à des fins d applications thérapeutiques dans le domaine médical. L énergie nucléaire assure d ores et déjà près d un tiers des besoins en électricité de l Europe; elle n émet pas de gaz à effet de serre ni aucun autre gaz dangereux, et permet de réduire notre dépendance à l égard des sources d énergie importées. La plus récente évolution de cette technologie est visible dans la construction de centrales nucléaires de troisième génération en Finlande et en France. En outre, le programme de recherche de l Euratom étudie la viabilité de concepts avancés de quatrième génération. L attrait que constituent les réacteurs de quatrième génération (Génération IV) réside dans leurs atouts en termes de durabilité au niveau des ressources en uranium, d une part, et dans leur capacité à minimiser la production de déchets, d autre part. Ils présenteront toujours le même niveau de sécurité et de rentabilité et, en outre, auront une résistance accrue à la prolifération. Les rayonnements sont monnaie courante dans notre vie quotidienne, que ce soit dans l environnement naturel ou dans le cadre d applications médicales de routine. La recherche sur la fission menée au titre du septième programme-cadre de l Euratom (7 e PC Euratom) étudie également de nombreux aspects de la radioprotection, par exemple pour mieux comprendre et par là même réduire les risques d exposition aux rayonnements, ou encore pour renforcer les bénéfices dans le cadre d applications médicales. La recherche prend aussi de l avance en tentant de découvrir des méthodes plus appropriées pour la gestion des déchets radioactifs. Il s agit de l aboutissement d une étude de trente ans sur l élimination des déchets dans des dépôts souterrains profonds spécialement conçus à cet effet dans des strates de roches stables, mais le programme étudie également des méthodes visant à minimiser les déchets au moyen de techniques plus connues sous le nom de «partitionnement et transmutation», plus spécifiquement par le recyclage en tant que partie intégrante du cycle des combustibles nucléaires. La présence d un personnel qualifié et d infrastructures de recherche appropriées est essentielle dans toutes ces disciplines, et l effort de l Euratom vise également à soutenir les initiatives dans ces domaines transversaux primordiaux Accident à la centrale nucléaire de Three Mile Island aux États-Unis 1974 Première centrale nucléaire Années 80 L énergie nucléaire à MW aux États-Unis représente un tiers de la production d électricité de l UE 1986 Catastrophe de Tchernobyl en Ukraine 1996 Première centrale nucléaire de génération III au Japon Le JET produit 1988 Phase 1992 Phase de Commencement son premier plasma conceptuelle d ITER fabrication d ITER 1976 Commencement des de la construction 1985 Première travaux de conception du JET du JET proposition de projet (Joint European Torus) international sur la fusion

6 Les plates-formes technologiques mènent la danse Le 7 e PC Euratom promeut les meilleures pratiques et la valeur ajoutée européenne dans tout un éventail de thèmes relatifs à la fission, allant de la gestion des déchets radioactifs aux systèmes et à la sûreté nucléaires, à la radioprotection, aux formations ad hoc et à l utilisation des installations de recherche. Cependant, dans le cadre de la technologie nucléaire en particulier, qui comprend la sécurité des réacteurs nucléaires actuels et également le développement de réacteurs avancés pour une commercialisation future, on ressent de plus en plus le besoin d impliquer des acteurs européens clés, et notamment du secteur industriel, dans une approche consensuelle et à plusieurs facettes basée sur une vision communément acceptée pour le secteur Permettre à l Europe de conserver son excellente position technologique et industrielle dans le domaine de l énergie nucléaire civile, tout en maintenant son haut degré de sécurité, est le principal objectif de la plate-forme technologique pour l énergie nucléaire durable (SNETP). La plate-forme technologique SNETP servait initialement de forum de discussion entre les parties prenantes travaillant dans le domaine de l énergie nucléaire (l industrie, les distributeurs et sociétés d électricité, les organismes de recherche, le monde universitaire et les organismes de sécurité publique), qui sont maintenant parvenues à un accord concernant un agenda stratégique de recherche pour réaliser leur vision commune. Ralliement autour de la recherche Les membres de la SNETP mettent aujourd hui en œuvre cet agenda stratégique de recherche en lançant des actions de recherche collaborative, ce qui leur permet de maintenir et d être le moteur de la compétitivité de l Union européenne dans sa quête d un approvisionnement énergétique plus durable et sûr pour l avenir. Ainsi, les programmes de recherche nationaux et européens s alignent les uns sur les autres, ce qui permet de prendre des décisions techniques ayant une dimension politique et socio-économique sur une base plus éclairée. Courtesy of TVO, FI 2004 La Finlande commande le premier EPR européen 2006 Promulgation d une loi historique pour la gestion des matériaux radioactifs en France 1999 Construction du WIPP (dépôt en formation géologique destiné aux déchets transuraniens) au Nouveau-Mexique; commencement de l exploitation par les États-Unis 2004 Début de la construction du dépôt profond finlandais destiné à recevoir les combustibles nucléaires usés 2000 Création du Forum international Génération IV (GIF) 2007 Lancement de la plateforme technologique pour l énergie nucléaire durable JET produit 2001 Conception d ITER terminée 2006 Signature une énergie de fusion de la convention du projet ITER de 16 MW 2005 Sélection de Cadarache à Paris, en France 2007 Commencement de la construction d ITER comme site d accueil pour ITER

7 Répondre aux défis de l énergie et du changement climatique Lutter contre le changement climatique et garantir des sources d énergie durable suffisantes pour répondre aux besoins énergétiques croissants de la société: tels sont les deux principaux objectifs en matière d énergie de notre siècle. La recherche nucléaire vise à trouver des solutions viables sur les plans économique et environnemental aux défis posés par la réalisation de ces objectifs. Pour relever le défi, la Commission européenne s appuie sur le 7 e PC Euratom, qui dispose d un budget de 2,75 milliards d euros sur la période Le 7 e PC Euratom est le premier programme-cadre à étudier la recherche novatrice, à faciliter le développement de nouvelles technologies, à permettre la coopération internationale, à diffuser des informations clés et à mener des activités pédagogiques et de formation dans le domaine de la recherche nucléaire sur la fission (dont la radioprotection) et la fusion. Le 7 e PC Euratom comprend deux programmes destinés spécifiquement à optimiser les perspectives d avenir: le programme «indirect» porte sur des actions à coûts partagés dans la recherche sur l énergie de fusion, la fission nucléaire et la radioprotection; le programme «direct», quant à lui, investit dans des activités de recherche menées par le Centre commun de recherche (Joint Research Centre - JRC) de la Commission européenne. Le budget total accordé au 7 e PC Euratom sur la période s élève à 2,75 milliards d euros et se répartit comme suit: Fission nucléaire et radioprotection: Activités nucléaires au CCR: Recherche sur l énergie de fusion: 287 millions d euros 517 millions d euros millions d euros

8 Une communauté internationale pour le nucléaire KI FR-D Les défis mondiaux requièrent des solutions mondiales. La question de l énergie touche l intégralité de la planète, et la coopération internationale est un élément essentiel pour trouver une solution commune. L énergie nucléaire, qui fait partie du bouquet énergétique, est l une des réponses possibles à ce défi, et, en raison de la nature mondialisée du secteur, il serait très bénéfique de traiter ces questions à l échelle mondiale. Le 7 e PC Euratom donne une nouvelle dynamique à la coopération internationale sur le thème de l énergie nucléaire, sous l égide du traité Euratom de Comme l énonce le 7 e PC, «la dimension internationale et mondiale des activités de recherche européenne est essentielle pour obtenir des avantages mutuels». La coopération internationale profite à la recherche sur la fission et la fusion. Le projet ITER, le plus important projet de recherche sur la fusion à ce jour, est l apogée de décennies de collaboration internationale dans ce domaine. Les sept membres (la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis, l Inde, le Japon, la Russie et l Union européenne) participant à ce projet représentent à eux seuls plus de la moitié de la population mondiale. Dans le domaine de la fission, l Euratom est un membre actif du Forum international Génération IV (GIF), qui vise à exploiter la collaboration internationale dans la recherche sur les systèmes d énergie nucléaire de quatrième génération. Les membres sont les mêmes que pour le projet ITER, à l exception de l Inde (l adhésion de la Russie est en cours de ratification), avec en plus l Afrique du Sud et la Suisse. En outre, le programme de l Euratom comporte de nombreux exemples de coopération bilatérale dans le domaine de la recherche, que ce soit au niveau d un programme ou d un projet individuel, qui s inscrivent souvent dans le cadre d accords bilatéraux internationaux entre l Euratom et des pays tiers. Pour plus d informations: Union européenne, 2010 Reproduction autorisée, moyennant mention de la source