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OFFICE PARLEMENTAIRE D'ÉVALUATION DES CHOIX SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES ________________________ RAPPORT sur la durée de vie des centrales nucléaires et les nouveaux types de réacteurs par MM. Christian Bataille et Claude Birraux, Députés __________ __________
__________________________________________________________________________________ Énergie et carburants SAISINE
« Seul l'imprévoyant creuse un puits quand il a soif ». Proverbe chinois. Première partie du rapport TABLE DES MATIERES Figure 1 : Pyramide des âges du parc électronucléaire mondial au 1/04/03 Figure 2 : Évolution du nombre total de réacteurs électronucléaires couplés au réseau en France, aux Etats-Unis, en Allemagne, au Japon et en Corée du Sud Figure 3 : Pyramide des âges du parc électronucléaire d'EDF, au 1er avril 2003 Figure 4 : Le remplacement des couvercles de cuve dans le parc EDF Figure 5 : Coefficients de production des réacteurs d'EDF comparés aux réacteurs du parc mondial Figure 6 : Coefficient d'utilisation du parc EDF (source : P. Girard - EDF Trading)  Figure 7 : La diminution mécanique du parc électronucléaire français (source : OPECST)  Figure 8 : Les différentes Générations de réacteurs selon le DOE (Etats-Unis) (source : Argonne National Laboratory) Figure 9 : Les 4 trains d'auxiliaires de sauvegarde et la séparation géographique des bâtiments de l'EPR (source : Framatome) Figure 10 : La sûreté de l'EPR Figure 11 : L'ABWR point d'aboutissement de la simplification des réacteurs bouillants Figure 12 : La simplification et la réduction de taille de l'enceinte de confinement de l'ABWR par rapport aux réacteurs antérieurs (source : General Electric) Figure 13 : Schéma du bâtiment réacteur et du confinement du réacteur ABWR Figure 14 : Principes de sûreté du réacteur SWR 1000 de Framatome ANP (source : Framatome ANP) Figure 15 : Vue d'ensemble du réacteur AP 1000 de Westinghouse (source : Westinghouse) Figure 16 : Les systèmes passifs de refroidissement de l'enceinte de l'AP 1000 Figure 17 : Exemple théorique des décisions réglementaires pour un réacteur du palier 900 MWe, mis en service en 1979 Figure 18 : Principales sources d'émissions de gaz à effet de serre en France Figure 19 : L'influence du prix du gaz sur le coût de production de l'électricité avec un cycle combiné à gaz (source : J. Yelverton, Entergy Nuclear) Figure 20 : Dates importantes pour le renouvellement du parc EDF Figure 21 : Durée des futures opérations administratives liées à la construction du 5ème réacteur Figure 22 : Répartition par filière des réacteurs nucléaires en service dans le monde au 31 décembre 2001 (source : Elecnuc-CEA) Figure 23 : typologies utilisées pour classer les réacteurs en projet Figure 24 : Schéma du combustible du réacteur PBMR Figure 25 : Schéma du réacteur PBMR Figure 26 : Schéma de principe du combustible du GT-MHR Figure 27 : Schéma du réacteur GT-MHR (source : Framatome ANP) Figure 28 : Schéma d'un module d'une centrale à réacteur GT-MHR Figure 29 : Évolution de la température du combustible en cas de perte de réfrigérant (source : General Atomics) Figure 30 : IRIS, un réacteur intégré et simplifié par rapport aux réacteurs PWR classiques Figure 31 : Schéma simplifié du projet de réacteur intégré à eau légère IRIS de Westinghouse (source : Westinghouse) Figure 32 : Le système de refroidissement du réacteur entièrement intégré à la cuve Figure 33 : Schéma de principe du réacteur à eau supercritique Figure 34 : Schéma de principe des réacteurs VHTR orientés vers la production d'hydrogène Figure 35 : Principaux process industriels utilisant de la chaleur (source : GIF, Technical Working Group 2) Figure 36 : Procédé de fabrication de l'hydrogène utilisant l'iode et le soufre Figure 37 : Schéma de principe d'une usine de production d'hydrogène à partir de chaleur produite par un réacteur VHTR (source : Oak Ridge National Laboratory) Figure 38 : Le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium EBR-II du laboratoire national d'Argonne, implanté dans l'Idaho à l'INEEL Figure 39 : Schéma de principe d'un réacteur à neutrons rapides refroidis au sodium Figure 40 : Schéma de principe d'un réacteur à neutrons rapides refroidi au plomb Figure 41 : Schéma de principe d'un réacteur à neutrons rapides refroidi à l'hélium Figure 42 : Schéma de principe d'un réacteur à sels fondus Figure 43 : Schéma de principe d'un réacteur à sels fondus dits isogénérateur Figure 44 : Radiotoxicités comparées des produits de fission et des transuraniens Figure 45 : Radiotoxicités comparées du plutonium et des actinides mineurs (neptunium, américium, curium) Figure 46 : Schéma simplifié d'un réacteur hybride de type ADS Introduction ChapiTRE 1 : LA Gestion de la durée de vie des centrales, un élément essentiel de l'optimisation du parc, mais un élément non suffisant I.- L'arrivée à maturité des parcs nucléaires, un phénomène mondial analysé avec des références et des méthodes nationales non totalement identiques 1. L'âge des réacteurs et les différentes acceptions du terme suivant le référentiel choisi 2. Le vieillissement des réacteurs, une notion source de sous-entendus 3. Durée de vie de conception et durée de l'autorisation d'exploitation 4. La durée de vie réelle, résultante des paramètres techniques, réglementaires et économiques II.- Une robustesse à 30-40 ans en ligne avec les prévisions 1. Les phénomènes généraux du vieillissement et les priorités 2. La diminution des interrogations sur la cuve grâce à l'amélioration des connaissances 3. Les enceintes de confinement, un problème sous contrôle 4. L'évolution positive du contrôle-commande 5. La gestion optimale des composants remplaçables 6. L'influence du suivi de charge, une question délicate III.- La prolongation de la durée de vie, un paramètre économique capital, indissociable des performances d'exploitation 1. L'importance économique capitale de la prolongation de la durée de vie 2. Le problème global et fondamental des performances d'exploitation IV.- Des réglementations de la durée de vie devant allier rigueur pour la sûreté et visibilité pour l'investisseur 1. L'adéquation de la réglementation française à la structure particulière du parc 2. Les cas particuliers de la Suède, de l'Allemagne et de la Belgique en raison de leurs programmes de sortie du nucléaire 3. La convergence des pratiques étrangères et françaises 4. Les améliorations possibles de la réglementation française vers une visibilité accrue V.- L'exigence d'efforts accrus de R&D, d'investissement et d'organisation pour conforter l'objectif de 40 ans de fonctionnement et envisager l'après 40 ans 1. Une R&D sur le vieillissement à renforcer 2. L'investissement de jouvence, un objectif particulièrement rentable pour l'exploitant et non pas seulement une obligation réglementaire 3. L'organisation et la valorisation du facteur humain, des priorités de l'exploitant à approfondir encore 4. La pérennité du secteur nucléaire, une responsabilité collective VI.- Extension de la durée de vie et solution de remplacement, deux stratégies complémentaires 1. Les inconnues techniques, réglementaires et économiques du prolongement des réacteurs en service 2. Sans solution de remplacement rapidement disponible, l'inévitable obligation de prolonger les réacteurs au-delà du raisonnable 3. Vers une gestion différentielle du parc électronucléaire d'EDF ?
Chapitre 2 : L'EPR et les autres réacteurs pour 2015, un lien entre les parcs d'aujourd'hui et de demain I.- Les nouveaux réacteurs nucléaires : questions de noms et d'horizon 1. Réacteurs évolutionnaires contre réacteurs révolutionnaires, une opposition en contradiction avec l'histoire et la technique 3. Sûreté active et sûreté passive, deux concepts complémentaires et non pas exclusifs 3. La portée marketing de la terminologie Génération III, III+ et IV 4. Génération 2015 et Génération 2035, des nouveaux types de réacteurs bien distincts II.- L'EPR, un projet de réacteur plus sûr et plus performant que ses prédécesseurs 1. Le N4, une série trop tardive ou une série prématurément close ? 2. Un processus de conception de l'EPR intégrant la sûreté et l'exploitation 3. Des conditions d'exploitation et des caractéristiques de sûreté encore améliorées par rapport aux générations actuelles 4. Un coût de production du MWh prévu pour être inférieur à ceux du N4 et du cycle combiné à gaz III.- Les concurrents étrangers de l'EPR, entre classicisme, naturalisation et innovation théorique 1. Les forces en présence sur le marché mondial du nucléaire 2. L'ABWR de General Electric, un réacteur évolué et déjà en service 3. Le SWR 1000, une double diversification de Framatome ANP dans la filière à eau bouillante et dans les systèmes passifs 4. Les VVER russes, des concurrents sérieux du fait de leur bon niveau technique et leur bas niveau de prix 5. L'AP 1000, un concurrent critiqué parce que redoutable IV.- Le démonstrateur-tête de série EPR, une garantie contre les aléas industriels, réglementaires et économiques, permettant de lisser le renouvellement du parc 1. La nécessité de rentabiliser les investissements et de réduire les aléas industriels 2. Une assurance vis-à-vis d'éventuels problèmes de sûreté et d'évolution réglementaire 3. Une sécurité sur le plan économique, même avec une série limitée 4. L'indispensable lissage du renouvellement du parc d'EDF 5. Une décision urgente pour disposer en 2015 de l'expérience requise V.- Les perspectives de marché : des commandes tests pour répondre au marché ensuite 1. Les marchés européens 2. Le marché américain 3. Les marchés asiatiques 4. Les autres marchés 5. La puissance des réacteurs : avantages et inconvénients 6. L'industrie nucléaire française responsable de sa stratégie à l'exportation VI.- Une logique de long terme à rajouter aux mécanismes de marché 1. L'internalisation des coûts externes des énergies fossiles 2. Le soutien actif du Gouvernement américain à la mise en service de nouveaux réacteurs nucléaires en 2010 3. La nécessité de mettre en place une aide des pouvoirs publics pour la prise en compte du long terme Quatrième partie du rapport Chapitre 3 : Un important effort de R&D nécessaire pour réussir, à l'horizon 2035, la mise au point des autres réacteurs en projet I.- Un foisonnement de projets pour 2035, ambitieux et multi usages, pour répondre à des préoccupations actuelles et préparer le grand futur de l'énergie 1. Des projets de réacteurs proposés par vagues successives 2. 2035 : un horizon commun pour des finalités différentes II.- Les projets de réacteurs modulaires PBMR, GT-MHR et IRIS, une première vague d'innovations à finalités spécifiques 1. Les réacteurs modulaires à haute température refroidis à l'hélium, une voie déjà explorée dans les années 1960-1970 2. Le projet de réacteur modulaire de faible puissance PBMR, 3. Le projet GT-MHR, un réacteur à vocation plus stratégique que commerciale pour le moment 4. Le projet de réacteur intégré à eau pressurisée de moyenne puissance IRIS III.- La production d'électricité et d'hydrogène, objectif des réacteurs de Génération IV 1. Les principales caractéristiques des réacteurs de Génération IV 2. Les systèmes à eau supercritique 3. Le réacteur à très haute température refroidi au gaz 4. Les réacteurs à neutrons rapides 5. Les réacteurs à sels fondus et le cycle du thorium 6. La priorité donnée au VHTR par les Etats-Unis IV. Les nouveaux réacteurs et la gestion des déchets radioactifs 1. L'intérêt renouvelé pour la fermeture du cycle du combustible 2. Les réflexions en Suède 3. La R&D aux Etats-Unis pour la fermeture du cycle du combustible, une nouvelle orientation du DOE 4. Le cas de la France V. Des projets pour 2035, en raison des verrous technologiques à lever et des démonstrations à apporter 1. Des verrous technologiques nombreux 2. Des démonstrations de sûreté complexes sur des concepts non éprouvés 3. Des calendriers allongés par d'indispensables démonstrations industrielles VI.- Coopération internationale active et pluralisme en France, deux conditions pour une R&D nucléaire efficace 1. L'important effort des Etats-Unis et le risque de déséquilibre de la recherche mondiale 2. Un modèle de coopération internationale à inventer 3. Un nouveau pluralisme de la recherche sur le nucléaire à conforter en France Conclusion Cinquième partie du rapport RECOMMANDATIONS Examen du rapport par l'Office Composition du groupe de travail Liste des personnes auditionnées Audition publique du jeudi 3 avril 2003 INTRODUCTION PAR M. CLAUDE BIRRAUX, PREMIERE TABLE RONDE : LA REGLEMENTATION FRANÇAISE ET LES CENTRALES D'EDF INTERVENTION DE M. ANDRE-CLAUDE LACOSTE, DEUXIEME TABLE RONDE : L'APPROCHE DES DIFFÉRENTS PAYS DE L'OCDE DANS LE DOMAINE DE LA DURÉE DE VIE DES CENTRALES NUCLÉAIRES ALLOCUTION DE Mme NICOLE FONTAINE, LES REACTEURS DANS LA STRATEGIE DU CEA PAR M. ALAIN BUGAT, ADMINISTRATEUR GENERAL DU CEA TROISIEME TABLE RONDE : LES REACTEURS DES ANNEES 2010 INTERVENTION DU DR. KLAUS PETERSEN, VICE PRÉSIDENT NUCLEAR POWER PLANTS, RWE POWER AG, LUE PAR M. SALHA LE NUCLEAIRE DU FUTUR SELON LE GROUPE AREVA PAR Mme ANNE LAUVERGEON, PRESIDENTE DU DIRECTOIRE QUATRIEME TABLE RONDE : LES REACTEURS DES ANNEES 2030-2040 L'APPROCHE D'EDF POUR LA GESTION DE LA DUREE DE VIE DE SON PARC ELECTRONUCLEAIRE PAR M. FRANÇOIS ROUSSELY, PRESIDENT D'EDF. CONCLUSION PAR M. CHRISTIAN BATAILLE, DEPUTE DU NORD, RAPPORTEUR
C'est le 6 novembre 2002 que la Commission des affaires économiques, de l'environnement et du territoire de l'Assemblée nationale a saisi l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques d'une étude portant sur « la durée de vie des centrales nucléaires et les nouveaux types de réacteurs ». Désignés le 20 novembre 2002, vos Rapporteurs ont, selon la procédure de l'Office, élaboré une étude de faisabilité concluant à la possibilité effective de réaliser un rapport sur cette question dans un délai de quelques mois. Après que cette étude ait été adoptée le 4 décembre par l'Office parlementaire, vos Rapporteurs se sont immédiatement mis au travail. Quelques chiffres pour évaluer quantitativement le travail de préparation du présent rapport : 110 heures d'auditions officielles en France ou à l'étranger, dont une journée d'audition publique, 4 pays étudiés avec de multiples rencontres sur place, Finlande, Suède, Allemagne, Etats-Unis, 180 personnes auditionnées, de nombreuses heures de discussions informelles. Comme c'est la pratique de plus en plus fréquente à l'Office parlementaire, un comité de pilotage, dont les membres sont ici chaleureusement remerciés, mais dont la responsabilité n'est aucunement engagée par le présent texte, a apporté une aide efficace pour sélectionner les personnalités à auditionner, cerner les questions clés et analyser les informations livrées par les interlocuteurs. Le texte de la saisine de la Commission des affaires économiques est clair. En conséquence, le présent rapport n'a ni pour objet de peindre le tableau des avantages et des inconvénients de l'électronucléaire ni d'indiquer si la France aurait intérêt, à l'avenir, à réduire la part du nucléaire dans la production d'électricité. Le présent rapport a, au contraire, pour objet de répondre à des questions simples mais fondamentales pour la production électrique française. Quels sont les phénomènes pouvant limiter la durée d'exploitation des centrales nucléaires ? Comment peut-on lutter contre leur vieillissement, à quel prix et dans quelles conditions de sûreté ? Par ailleurs, si le choix politique est effectué de renouveler notre parc électronucléaire, à quelle date faudra-t-il commencer à le faire ? Quelles seront les technologies disponibles, en prolongement des technologies actuelles, ou au contraire en rupture avec les filières actuellement en service, et à quelle échéance ? Pour l'exploitant nucléaire national qu'est EDF et pour le service public de l'électricité auquel les Français sont attachés quelle que soit leur appartenance politique, la durée de vie des réacteurs actuellement en service est une question à plusieurs dizaines de milliards d'euros. L'Office parlementaire a été le premier en 1999 à mettre cette question sur la place publique, une question qui a un impact financier non seulement sur les comptes d'EDF, mais sur aussi le coût de l'électricité dont nous autres consommateurs nous disposons. Au delà de la situation d'EDF et des marchés de l'électricité, exploiter des réacteurs déjà amortis sur le plan économique et financier sur une durée de 30, 40 ou 50 ans est en vérité loin d'être indifférent pour la compétitivité de l'économie française toute entière. De même, la France a bâti une industrie nucléaire qui constitue l'un de ses atouts dans la concurrence mondiale, représente une source d'emplois nationaux et sur l'avenir de laquelle nous devons nous pencher afin qu'elle puisse proposer au pays, le moment venu et le cas échéant, des solutions performantes pour notre approvisionnement en énergie. Le choix d'une technologie de production de l'électricité a toujours été d'une importance critique et d'une grande difficulté. On l'a bien vu dans notre pays à la fin des années 1960, où il a fallu opérer une révision déchirante de nos choix et abandonner la filière graphite-gaz au profit des réacteurs à eau pressurisé. Assurément, la question de la durée de vie des centrales nucléaires mérite toute notre attention. La France est engagée depuis le début de l'année dans la préparation du projet de loi d'orientation sur l'énergie, prévu par la loi du 10 février 2000 relative à la modernisation et au développement du service public de l'électricité. S'inscrivant dans le calendrier du débat national organisé par le Gouvernement, le présent rapport de l'Office parlementaire a pour objectif d'apporter une contribution à la réflexion du Parlement et de nos concitoyens sur l'identification des échéances relatives à notre parc électronucléaire et sur le choix des technologies pour son renouvellement. Chapitre 1 : La gestion de la durée de vie des centrales, un élément essentiel de l'optimisation du parc, mais un élément non suffisant I.- L'arrivée à maturité des parcs nucléaires, un phénomène mondial analysé avec des références et des méthodes nationales non totalement identiques L'âge moyen des réacteurs nucléaires dans le monde était de 20 ans au début 2003. Même si, d'une manière générale, les centrales électriques peuvent fonctionner plusieurs dizaines d'années, le vieillissement des parcs électronucléaires devient une question importante dans la plupart des pays concernés. L'âge moyen n'est pas une donnée suffisante pour apprécier la situation réelle de l'électronucléaire mondial. En effet, certains réacteurs se rapprochent de la fin de la durée de vie pour laquelle ils ont été conçus, d'où la question de leur éventuelle aptitude à voir leur fonctionnement prolongé si nécessaire. Bien qu'elle possède l'un des parcs électronucléaires de grande taille les plus jeunes du monde, la France est également concernée par le vieillissement des plus anciens de ses réacteurs et doit préparer les décisions qui s'imposent. En apparence, l'âge d'un réacteur est une donnée simple à définir, permettant des comparaisons internationales sans ambiguïté. On peut donc établir les âges moyens des parcs électronucléaires des différents pays et déterminer lesquels, étant les plus anciens, méritent l'attention la plus soutenue. En réalité, pour établir des comparaisons fines entre pays comparables, par exemple la France et les Etats-Unis, il est nécessaire de vérifier les points de départ des périodes analysées, différentes dates, souvent éloignées les unes des autres, pouvant être prises pour référence. 1.1. Des pyramides des âges ramassées avec des âges moyens dépassant deux décennies pour le parc mondial Au début avril 2003, 441 réacteurs nucléaires de production d'électricité étaient en service dans le monde1, représentant une puissance installée de 359 MWe. Près de la moitié de ces réacteurs étaient des réacteurs à eau pressurisée, les réacteurs à eau bouillante représentant moins du quart du total. On trouvera au tableau suivant les différents types de réacteurs, par filière, en service ou en construction. Tableau 1: Réacteurs nucléaires en service ou en construction début avril 2003 (source : AIEA)
En décembre 1942, Enrico Fermi avait réussi à produire la première réaction en chaîne autoentretenue et contrôlée, dans la pile dite Chicago Pile I, installée sous les gradins du stade de football américain de l'université de Chicago. L'effort de construction des parcs électronucléaires mondiaux a commencé dans sa plus grande partie, à la fin des années 1960. Ainsi, entre la mise au point de la première pile atomique et l'effort massif mondial de réacteurs électrogènes, il s'est écoulé environ 25 ans. Au début avril 2003, l'âge moyen de l'ensemble des réacteurs du parc mondial s'élevait à un peu plus de 20 ans. La pyramide des âges des réacteurs électrogènes en service dans le monde laisse apparaître deux pics relatifs correspondant à un redoublement de l'effort d'équipement après le premier choc pétrolier. En tout état de cause, au début 20032 cinquante réacteurs nucléaires avaient plus de 30 ans et huit avaient plus de 40 ans. Le parc électronucléaire d'EDF est le plus jeune de tous les parcs des grands pays nucléaires, à l'exception de celui de la Chine (voir tableau ci-après). Tableau 2 : Âge moyen des parcs électronucléaires (source : WANO - âge moyen en année calendaire pleine depuis la mise en service industrielle au début avril 2003)3
En Russie, l'âge des 30 tranches en exploitation était au début 2003 de 22 ans en moyenne, avec un noyau important de réacteurs anciennement exploités. Ainsi les deux premières tranches RBMK de la centrale de « Leningrad » ont 29 et 27 ans, les deux premières tranches RBMK de la centrale Koursk ont 26 et 23 ans. Quant aux 4 premiers VVER, qui ont été implantés à Kola et Novo Voronej, leur âge approche ou dépasse 30 années. Les principaux pays nucléaires ont, pour la plupart, réalisé leur effort d'équipement dans une période de temps extrêmement limitée, ce qui a supposé des efforts industriels massifs. Figure 2 : Évolution du nombre total de réacteurs électronucléaires couplés au réseau en France, aux Etats-Unis, en Allemagne, au Japon et en Corée du Sud (source : CEA)
Ainsi, en France, l'année 1981 a vu le couplage au réseau de 8 tranches, l'année 1980 de 7 tranches et l'année 1984 de 6 tranches. En proportion, cet effort est plus massif que celui des Etats-Unis, qui en 1974 ont couplé 10 tranches au réseau et ont connu 4 années avec couplage de 8 tranches (1973, 1984, 1985 et 1987). Les autres pays ont, pour leur part, bâti leur parc plus progressivement, en particulier le Japon, l'Allemagne et la Corée du Sud. 1.2. Un âge moyen de 17 ans pour le parc EDF, avec plusieurs réacteurs s'approchant des 30 années de fonctionnement Suite à l'effort intensif et exceptionnel effectué tant par le constructeur national Framatome que par l'architecte industriel et exploitant EDF, la France s'est dotée, entre 1980 et 1990, soit en onze années, de 45 réacteurs couplés au réseau, représentant plus des trois quart de son parc actuellement en fonctionnement. Il n'est donc pas étonnant que la pyramide des âges du parc d'EDF soit ramassée, ainsi que le montre la figure suivante. L'âge moyen du parc électronucléaire d'EDF était de 17 ans 6 mois, au début 20034,5. Pour autant, 23 réacteurs d'EDF ont dépassé l'âge de 20 ans. Les deux réacteurs de Fessenheim et les deux de Bugey égalent ou dépassent les 25 années de fonctionnement. On trouvera au tableau suivant les caractéristiques détaillées des réacteurs d'EDF au regard de leurs principales dates de construction, de mise en service et de visites décennales. Tableau 3 : Caractéristiques du parc électronucléaire d'EDF (source : EDF)
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