Centrales immergées: un autre avenir pour le nucléaire?

Photo Bernard Planchais / Directeur général délégué, DCNS / November 15th, 2013

Les petits réacteurs modulaires sont aujourd’hui considérés comme une voie d’avenir du nucléaire. Ils présentent en effet de nombreux avantages : caractère progressif de l’investissement, réduction des délais et sûreté intrinsèque accrue. Différentes utilisations sont possibles. Parmi elles, le concept de centrale immergée permet d’offrir un niveau de sécurité inédit tout en maîtrisant les risques industriels par la mise en œuvre de techniques éprouvées.

Dans les grands pays industriels qui ont poursuivi un programme nucléaire après Fukushima – États-Unis, Chine, Russie, Corée du Sud et peut-être bientôt à nouveau le Japon – les petits réacteurs modulaires (SMR, Small Modular Reactors) commencent à être considérés, à côté des réacteurs de forte puissance tels que l’EPR, comme une des voies du renouveau du nucléaire. L’Agence internationale de l’énergie atomique (AEIA) y voit une solution intéressante pour les pays nouvellement industrialisés. Plusieurs arguments jouent en effet en leur faveur. Le premier est leur coût modéré, le second leur capacité à servir de petits marchés, avec des réseaux électriques qui n’ont pas été conçus pour absorber la puissance d’une centrale traditionnelle.

Ces réacteurs d’une puissance inférieure à 300 MW sont notamment utilisés sur des centrales transportables, qu’on désigne par leur acronyme anglais TNPP (Transportable Nuclear Power Plants). Cette dénomination recouvre plusieurs configurations assez différentes, dont deux sont étroitement associées à l’industrie navale. La première, ce sont les centrales nucléaires flottantes, comme la barge russe Akademik Lomonossov, qui comprend deux SMR : lancée en 2010, elle sera amarrée au Kamchatka, et plusieurs autres devraient être lancées à horizon 2015. La seconde, ce sont les centrales immergées. Flottantes ou immergées, ces nouvelles centrales ont pour principal intérêt d’alimenter des régions isolées ayant un accès à la mer.

Akademik Lomonossov
L’Akademik Lomonossov


Industrie nucléaire et industrie navale

Mais le milieu marin a ses contraintes, et ce n’est pas par hasard que chez tous les promoteurs étrangers de SMR, on observe un rapprochement entre industrie nucléaire et industrie navale. Le milieu marin exige un savoir-faire particulier, bien sûr, et c’est aussi ce savoir-faire qui a amené certains industriels du naval à se déployer du côté des énergies marines renouvelables, en se faisant producteurs d’éoliennes et d’hydroliennes.

Mais ce rapprochement est aussi une question d’échelle. Les capacités industrielles des grands acteurs de la construction navale apparaissent mieux adaptées que celles des acteurs traditionnels du nucléaire, habitués à voir les choses en grand. Le marché des SMR est différent de celui, disons, de l’EPR. Leur compétitivité se joue sur des critères différents, dont le prix. Une capacité à produire en série, à partir d’éléments standardisés, est dès lors un plus. Dans ces conditions les ruptures autorisées par les méthodes de construction navale peuvent permettre aux SMR de devenir compétitifs. C’est ce qui a conduit à développer une gamme d’éléments modulaires, des « briques technologiques », adaptées à toutes les configurations terrestres ou marines.

L’industrie navale de défense est à cet égard particulièrement en pointe, car il y a plusieurs décennies qu’elle a fait du nucléaire une de ses spécialités, avec en particulier les sous-marins et porte-avions à propulsion nucléaire. Elle a noué à cet effet des partenariats stratégiques. Par exemple, DCNS, qui est l’un des leaders mondiaux dans le secteur du naval de défense, travaille en étroite liaison avec Areva-TA. Outre cette familiarité avec l’énergie nucléaire, les industriels du naval de défense ont en commun avec les spécialistes du nucléaire civil une certaine culture industrielle : la maîtrise des systèmes complexes, des moyens industriels exceptionnels, une culture de grands programmes.

C’est avec ces atouts que certains acteurs se sont engagés dans le secteur du nucléaire civil. Tout d’abord avec des SMR côtiers transportables : cela consiste à pousser la logique de la préfabrication de la centrale en chantier naval à son maximum, puis à l’acheminer vers un site terrestre côtier. L’accident survenu à Fukushima a mis en lumière les risques liés à ce modèle, et c’est dans ce contexte que prend son sens la stratégie adoptée par DCNS, qui consiste à développer un système de SMR immergés.

C’est l’objet du projet Flexblue, un nouveau type d’unité de production d’énergie nucléaire civile, immergé et de petite puissance, développé avec un double souci de présenter le meilleur bilan en termes de compétitivité et de sûreté.

Le projet Flexblue
Flexblue consiste en une coque cylindrique en acier d’environ 15 m de diamètre pour 150 m de long, et un poids total de 20 000 tonnes. Chaque unité est dotée d’un réacteur à eau pressurisé d’une puissance d’environ 160 MW – correspondant aux besoins d’une ville de 150 000 dans un pays comme la France. Dans un pays en développement, cela pourrait couvrir les besoins d’une population trois fois plus importante.

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Flexblue (source: DCNS)

Le caractère innovant de Flexblue réside dans le fait que ce SMR, entièrement construit en chantier naval, est ensuite transporté sur son site d’implantation et immergé à une profondeur entre 50 et 100 m. Il est conçu pour être télé-opéré depuis un centre de contrôle à terre et peut accueillir en permanence une équipe de conduite réduite.

Les unités bénéficient d’un niveau de sûreté conforme aux normes mondiales les plus exigeantes, au moins équivalent à celui des centrales nucléaires terrestres de troisième génération. En particulier, le cœur du réacteur de Flexblue sera confiné et rendra impossible tout contact entre les éléments nucléaires et le milieu marin. Comme dans les centrales nucléaires terrestres, il sera en effet protégé par trois barrières : la gaine du combustible, le circuit primaire et la coque.

L’architecture des modules Flexblue et leur immersion permettent d’envisager un refroidissement naturel du cœur du réacteur avec l’eau ambiante environnante, par échange de chaleur à travers la coque métallique, sans apport d’énergie ni contacts avec l’extérieur – simplement en laissant agir des forces naturelles : gravité, différence de pression, convection.

L’originalité de ce concept est de pouvoir rejoindre un état stable et sûr sans apport d’énergie externe, ce qui offre un niveau de sûreté inédit. Sa situation, en immersion, lui confère une résistance à des événements comme celui de Fukushima : ni un tremblement de terre, ni un raz de marée, ne peuvent l’affecter. L’immersion protège naturellement contre les séismes : la poussée d’Archimède équilibrant le poids du module, ce dernier peut aisément être découplé des mouvements du fond via son système de fixation. Elle offre également une protection sans égale contre les tsunamis, dont l’effet diminue grandement avec la profondeur. D’autre part, l’utilisation de systèmes de sûreté passifs couplés à l’immersion permet de garantir la réfrigération du réacteur et des barrières de confinement et, ainsi, d’en garantir l’intégrité.

Une centrale immergée offre également l’avantage d’offrir un faible impact en matière d’environnement. Les questions relatives à la température de l’eau environnante, qui ont pu se poser avec les centrales classiques installées sur des fleuves et des rivières, deviennent marginales pour un module immergé à 50 ou 100 m de profondeur. Les aménagements de site et de génie civil sont très réduits, l’installation n’a pas d’effet sur le paysage côtier et elle reste réversible pendant la durée de vie du système : les centrales immergées, tout comme les centrales sur barges, sont déplaçables. En fin de vie, le site est rendu très simplement à l’état ex ante : les modules sont retournés dans leur chantier de construction pour y être démantelés selon les méthodes issues de la filière en place pour les navires civils et militaires.

Quels marchés ?
Les centrales immergées, qui n’ont pas pour vocation de concurrencer les grosses centrales terrestres, s’adressent avant tout aux îles, aux régions isolées, aux zones industrielles et aux pays disposant de façades maritimes et d’un réseau électrique de taille moyenne (de 1 à 10 GWe) ou peu interconnecté. Sur ce type de réseau, les prix de référence de production électrique sont fixés par les technologies au charbon, au gaz ou au pétrole dont les prix sont très variables et souvent nettement plus élevés que ceux que nous connaissons en Europe car les coûts de transport sont élevés.

Dans le nucléaire, l’effet de taille est déterminant : un SMR sera plus cher à puissance égale qu’une grosse centrale terrestre. C’est ici, dans l’élaboration d’une équation économique différente, que les solutions industrielles développées par le naval de défense prennent tout leur intérêt. Car un modèle comme Flexblue bénéficie de réels atouts par rapport à d’autres solutions plus traditionnelles de SMR : un design standardisé et largement indépendant du site d’implantation final ; une fabrication en usine et un assemblage final en chantier naval, qui permettent la transportabilité intégrale sur le site d’implantation ; la quasi-absence de travaux de génie civil et la réduction considérable de la durée des travaux sur site. La modularité de la construction est aussi financière : les investissements nécessaires à la construction de plusieurs unités Flexblue pourront être réalisés progressivement en fonction de l’évolution des besoins, permettant ainsi d’éviter à un pays en développement des investissements initiaux inaccessibles.

Comme à terre, il faut penser pour les réacteurs immergés à une certaine redondance des moyens de production d’électricité, et avoir une logique calquée sur celle d’Internet : cette redondance est assurée par le réseau interconnecté, et c’est également le principe du smart grid, ce réseau de distribution d’électricité « intelligent », qui repose sur la multiplicité des lieux de production et divers nœuds de connexion. Une centrale n’est ainsi jamais réellement stand alone : les réseaux de distribution électrique ont pour règle de base qu’une installation de production électrique ne représente pas plus de 5 à 10 % de la production totale. Par sa petite puissance, un SMR peut dans ce cadre être connecté à un réseau qui ne pourrait accepter une centrale de forte puissance (un EPR, par exemple, représente 10 Flexblue). Le caractère modulaire permet d’accompagner la croissance des besoins électriques : les SMR peuvent être installés en série et former un parc.

Enfin, l’architecture des réseaux de distribution électrique doit prendre en compte les contraintes physiques, financières et environnementales du transport de l’électricité. Par exemple, l’impact environnemental des lignes haute tension est souvent un frein important à leur réalisation et donc à l’interconnexion des réseaux. La géographie et la répartition des consommateurs d’électricité sont les premiers éléments déterminant la localisation des sources de production et l’organisation des réseaux de distribution.

Le marché des SMR s’ouvrira très largement dès lors qu’un produit compétitif, contrebalançant les effets d’échelle en faveur des gros réacteurs, lui sera proposé. C’est sur ce sujet que planchent la plupart des acteurs engagés aujourd’hui dans ce secteur émergent. Un produit comme Flexblue sera en mesure de produire de l’électricité pour un coût du MWh stable et compétitif à environ 100 euros/MWh, et ce dès la première unité (nous parlons ici du coût complet, en intégrant l’amortissement ; à titre de comparaison, les chiffres annoncés pour l’EPR sont aux alentours de 90 euros/MWh). On estime le marché potentiel pour ce type de réacteur à plusieurs centaines d’unités dans les 30 prochaines années, notamment en Asie du Sud-Est, mais également dans toutes les autres régions du monde. La compétition est lancée et les premiers modules seront sur le marché avant 2020.

Une version plus courte de cet article a paru dans le n° 686 de La Jaune et la rouge, la revue de la communauté polytechnicienne.

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