Au Grand Remplacement des énergies fossiles.

Les avocats des énergies renouvelables, celles et ceux qui imaginent d’ici 2050 une transition complète vers le solaire, l’éolien ou autres turbines hydroélectriques, voire même un retour au nucléaire afin de réduire nos émissions de GES issus des sources conventionnelles, doivent néanmoins faire face à une dure réalité:

Au niveau mondial, la sainte trinité du charbon, du pétrole et du gaz représente 85% de la consommation, tous secteurs confondus (1). A consommation égale, un vœu pieux mais qui peut au moins servir de base de discussion, et en s’alignant sur la date symbolique de 2050 pour laquelle nous ne devrions plus consommer d’énergie fossile du tout si nous voulions garder un semblant de contrôle sur le climat (dixit le GIEC), il faudrait créer d’ici 30 ans l’équivalent « propre » de quelques 153 000 TWh.

La non-solution: la fission nucléaire classique.

Sachant qu’un réacteur nucléaire produit en moyenne quelques 6 TWh par an (2), il faudrait en construire 25 500 d’ici 2050, soit deux par jour, pendant 30 ans, afin de compenser l’arrêt complet du fossile.

Laisse béton, dirait l’autre. D’autant que même si cela était concevable, la quantité de déchets radioactifs qu’un tel parc génèrerait nous confronterait à un problème tout aussi grave que les émissions actuelles de GES (voir « Le cimetière de Bure« ). Compter sur la fission nucléaire classique pour résoudre le problème énergétique mondial étant une aberration, il va falloir trouver autre chose.

Une possible solution: La fusion nucléaire.

Le candidat par excellence est la fusion nucléaire, un processus utilisant l’eau et le lithium comme carburant, tous deux largement disponibles, et générant peu de déchets. Un processus naturel au cœur des étoiles mais extrêmement difficile à réaliser sur Terre, pour une raison essentielle: dans les étoiles tel le Soleil, c’est la pression de la gravité qui comprime les atomes jusqu’à en réaliser la fusion, générant une énergie selon la bonne vieille formule de l’ami Einstein, E=mc2.

Sur Terre, sans cette pression, il faut créer les conditions de fusion par la chaleur. Un réacteur de fusion nucléaire sur Terre a une température 10 fois supérieure à celle du Soleil, soit de l’ordre de 150 millions de degrés.

ITER, un projet mondial à long terme.

Générer et contrôler une telle température est un problème colossal sur lequel travaillent plusieurs pays depuis les années 70, et dont le système expérimental ITER représente le fer de lance:

ITER fut conçu à partir de 2007, avec la technologie de l’époque, notamment en ce qui concerne les énormes électroaimants censés contenir le plasma en fusion. Un premier démarrage est prévu pour 2025, pour une pleine puissance dix ans plus tard. Mais ITER ne sera jamais producteur d’énergie, il ne fait que tracer le chemin pour l’étape suivante, un réacteur de démonstration commerciale baptisé DEMO qui, lui, pourrait fonctionner en… 2080! (4)

JET et SPARC.

En plus de ITER, plusieurs pays développent en parallèle leurs propres projets. Le Royaume-Uni et l’ travaillent depuis 40 ans sur le JET, situé près d’Oxford (3). La , les USA, l’Inde travaillent également sur des projets parallèles, l’objectif restant néanmoins de trouver une solution commune car, tout comme les vaccins, rien ne sert qu’un pays développe des solutions individuelles vu que le changement climatique, tout comme les virus, ne reconnait pas les frontières nationales.

On a plus beaucoup de temps, d’où des développements parallèles et notamment le système SPARC, développé au MIT sur une technologie à base d’aimants supraconducteurs. Ce système, nettement plus compact que ITER et a priori viable en termes économiques, pourrait connaître un premier démarrage dès 2025 et produire de l’électricité avec un gain (ratio entre ce que le système consomme et ce qu’il produit) situé entre 2 et 10, dès 2035 (5).

Pas pour 2050.

Supposant une puissance nette moyenne de 2 GW par réacteur, fonctionnant 11 mois par an (les neutrons générés par la fusion abimant les parois du réacteur, d’où un besoin de maintenance perpétuel), on obtient 15 TWh par réacteur par an (2 GW x 24 heures x 30 jours x 11 mois). Il en faudrait donc 10 000 pour compenser nos 153 000 TWh actuellement produits par les énergies fossiles.

Même à raison de 100 nouveaux réacteurs par an, cela fait toujours un siècle avant d’atteindre le niveau actuel de production d’énergie pétrole/gaz/charbon, qui aura sans doute encore fortement augmenté d’ici là. Sans compter que les réacteurs à fission actuels seront devenus obsolètes, et qu’il faudra donc aussi compenser leurs quelques 2 500 TWh annuels (6).

Il est donc évident que, même dans le meilleur des cas, ce n’est pas la fusion nucléaire qui pourra remplacer notre consommation d’énergie fossile d’ici 2050, même si à terme c’est sans doute une excellente solution.

La chimère éolienne.

A l’échelle mondiale, la base éolienne installée est de l’ordre de 700 GW (7), pour une production de l’ordre de 380 TWh, en extrapolant sur les chiffres de 2019 (8). Une goutte d’eau (0,24%) en termes de remplacement énergétique, mais avec un impact écologique démesuré par rapport à son efficacité réelle.

A raison de 2 MW par éolienne, et de 10 éoliennes au km2 soit 20 MW (9), il faut 80 km2 (soit 8 000 terrains de foot) pour l’équivalent d’un réacteur EPR, soit 1,6 GW (sur 0,1 km2, soit 10 terrains de foot). Et c’est pire si l’on considère la production réelle: un réacteur de 700 GW (la puissance du parc éolien) tournant 350 jours par an produirait 5 880 TWh, alors que l’équivalent éolien ne produit que 380 TWh, moins d’un dixième. Pour la simple et bonne raison que le vent n’est pas constant. Prenant en compte ce facteur, il faudrait en fait 80 000 terrains de foot dédiés aux éoliennes pour produire l’équivalent d’un réacteur occupant 10 terrains de foot.

L’éolien représente un gros marché industriel, un pilier du nouveau Green Deal européen, mais y voir un possible remplacement pour les énergies fossiles relève de la pure ignorance, ou de la manipulation. Je ne comprends pas comment des soi-disant écologistes peuvent en faire la promotion, et je ne suis pas le seul:

Les éoliennes sont un gouffre financier et un désastre écologique, analyse Jean-Louis Butré. Selon lui, beaucoup de défenseurs de l’ et autres écologistes sont étonnamment silencieux lorsqu’il s’agit de hausser la voix contre le déversement de tonnes de bétons dans nos campagnes.

https://www.lefigaro.fr/vox/societe/les-eoliennes-sont-un-scandale-environnemental-stupefiant-20201116

Le Dieu Soleil.

En théorie, l’énergie que nous envoie le Soleil est suffisante pour couvrir plusieurs fois l’ensemble de nos besoins. En pratique, la base solaire aujourd’hui installée est à peu près équivalente à la base éolienne, soit de l’ordre de 700 GW, encore une goutte d’eau en termes de Grand Remplacement des énergies fossiles (10).

Sous nos latitudes, avec une puissance récupérable de l’ordre de 100 W/m2, 10 terrains de foot (100 000 m2) recouverts de panneaux peuvent produire 10 MW, mais sur 1/4 du temps (nuits, jours sans soleil) soit 0,2 TWh par an. Un réacteur moderne type EPR produisant de l’ordre de 13 TWh pour une même surface, il faudrait 650 terrains de foot de panneaux pour obtenir la même énergie. Ce qui est déjà nettement mieux que pour le rendement éolien.

Le solaire a aussi l’avantage d’exister sous deux formes, et même trois: la conversion électrique par panneaux photovoltaïques, la conversion par chaleur (le soleil chauffe de l’eau qui est ensuite utilisée telle quelle ou envoyée dans une turbine sous forme de vapeur), et enfin une toute nouvelle forme dont j’ai récemment parlé, la conversion directe vers l’hydrogène (voir « Du Soleil à l’hydrogène« ).

Développé à l’échelle industrielle, ce processus de conversion à l’hydrogène permettrait d’éviter le piège diabolique du véhicule électrique sur batteries, au profit de véhicules avec pile à hydrogène. Un sujet à développer dans un prochain article.

Une solution progressive s’impose.

Nous avons vu qu’il n’existe actuellement aucun moyen de remplacer, d’ici 2050, les 153 000 TWh d’énergie fossile par quoi que ce soit: la fusion nucléaire à grande échelle arrivera plus tard, et les principaux renouvelables (éolien et solaire) ne sont que des gouttes d’eau dans un vaste océan d’hydrocarbures.

Nous savons également que la fission nucléaire classique ne remplacera pas le pétrole/gaz/charbon: il faudrait construire 25 500 réacteurs de 6 TWh, impossible en soi et impensable du fait de sa dangerosité et de ses déchets, sans même parler de l’approvisionnement en uranium.

Il faudra bien, alors, y aller de manière progressive, en sachant que sauf miracle technologique ou catastrophe mondiale, à consommation égale le monde ne pourra pas complètement se passer de la sainte trinité avant au moins un siècle. Mais progressivement, avec quoi?

SMR, la fission nucléaire à petite échelle.

Les centrales nucléaire classiques, genre EPR, sont massives, complexes et nécessitent un flux constant d’eau pour leur refroidissement et l’alimentation du circuit vapeur. Mais d’autres approches existent, à base de réacteurs compacts à circuit fermé dit SMR (Small Modular Reactor). Des minicentrales de la taille de deux bus que l’on peut installer là où c’est nécessaire, sans grands réseaux à haute tension, sans fleuves ou océan à proximité, et sans salles de contrôles complexes.

NuScale.

NuScale est la plus connue des initiatives visant à fabriquer des SMR. Née en 2000 aux USA de l’Université de l’Orégon, elle est aujourd’hui financée par plusieurs partenaires, dont AREVA Inc pour la partie combustible, et propose un réacteur modulaire de 60 MW (11). On peut en regrouper jusqu’à 12 au sein d’un système de 720 MW, ce qui donnerait une énergie utilisable de l’ordre de 6 TWh annuel.

Le système est à refroidissement passif (pas de pompe primaire) et intrinsèquement sécure. Par contre il utilise un combustible classique et génère donc des déchets.

Transportable par camion, le module NuScale ou équivalent pourrait se produire par milliers d’unités et s’installer près de petites villes, en zone rurale, dans les zones industrielles pour une production localisée. Cette petite vidéo (en anglais) illustre les avantages des SMR face au nucléaire classique.

Reste évidemment la question des déchets et de l’approvisionnement. Une nouvelle société propose d’utiliser les déchets de la fission nucléaire comme carburant pour sa propre solution: Elysium.

Elysium

Cette start-up propose une solution à base de sels fondus, plutôt que les systèmes classiques à eau. Le site Sciencepost en fait cette description:

Les porteurs du projet estiment que ce type de réacteur a de nombreux avantages en plus de fournir une énergie atomique verte. En effet, cela réduit le risque d’accident et permet la production de déchets moins radioactifs. Ces produits de fission prennent environ 300 ans pour se dégrader contre au moins 10 000 ans pour les déchets des réacteurs conventionnels.

Évoquons également la possibilité de recycler les déchets nucléaires les plus dangereux. Les responsables évoquent un réacteur rapide (à un flux de neutrons non ralenti) avec un combustible fondu que l’on alimente en déchets nucléaires. Or, ce genre de réacteur n’a pas besoin de modérateur comme c’est le cas des réacteurs à eau légère. Si la rapidité du réacteur à sels fondus est un atout, cette dernière représente également un inconvénient. En effet, la rapidité génère un bombardement plus important de neutrons. Or, la centrale doit s’en protéger.

https://sciencepost.fr/nucleaire-une-start-up-signe-le-retour-des-reacteurs-a-sels-fondus/

Le système est déclinable en plusieurs tailles, de 50 MW à 1 200 MW, produisant en ce cas de l’ordre de 10 TWh d’énergie annuelle. Ci-dessous une vidéo explicative, également en anglais:

Le magazine Forbes dédiait un article à cette solution en octobre dernier, qui se concluait ainsi:

Le monde va avoir besoin du nucléaire pour réduire les émissions de carbone. Pour moi les deux gros avantages du MCSFR (Molten Cloride Salt Fast Reactor) sont le prix et la combustion des déchets nucléaires. Ce sont de gros avantages.

https://www.forbes.com/sites/llewellynking/2020/10/13/new-design-molten-salt-reactor-is-cheaper-to-run-consumes-nuclear-waste/?sh=5e7f406d33c6

Clé de la transition, le mix énergétique.

J’ignore quel mix énergétique va se développer dans les années à venir. Le pacte vert, ou Green Deal, lancé par l’Union Européenne mise fortement sur le développement de l’hydrogène en vue d’une Europe climatiquement neutre d’ici 2050 (12). C’est sans doute bien même si assez improbable, mais cela ne sert pas à grand chose si la Chine, les USA, l’Inde, le Brésil etc.. ne font pas pareil.

La durée de transition entre la situation actuelle où 85% de l’énergie consommée est d’origine fossile, et un temps où ce chiffre tendra vers zéro, va durer des décennies. Pour 2050 on peut espérer le début de la fusion commerciale, la fin de la fission classique et son remplacement par des réacteurs modulaires type NuScale, et des mangeurs de déchets tel Elysium installés par milliers à travers le monde.

Avec 10 000 installations Elysium, on pourrait remplacer les 2/3 de la consommation totale actuelle par quelque chose de relativement propre et consommant du déchet nucléaire.

On peut espérer le décollage de la conversion directe du solaire vers l’hydrogène comme carburant de remplacement pour les véhicules, le tapissage de nos toits par des panneaux solaires, la fin de ces horribles et inefficaces éoliennes qui nous pourrissent campagnes et côtes.

On pourrait même voir arriver des solutions à base de fusion froide (Fusion froide, chaud devant! ») ou par confinement cristallin, un processus récemment découvert par la NASA (voir « La NASA découvre la fusion froide!« ).

On pourrait, enfin, utiliser des systèmes de captation de CO2 afin de continuer à utiliser les énergies fossiles, un certain temps, en en réduisant fortement l’impact (13).

Je ne peux évidemment conclure un tel article sans faire référence au Shift Project de Jean-Marc Jancovici, un site plein de références techniques et politiques sur la transition énergétique (14).

Reste que, quoi que l’on fasse, on arrivera pas à ce Grand Remplacement énergétique d’ici 2050. Si la situation climatique imposait l’annulation de toutes nouvelles émissions de CO2 / GES d’ici là, sans solutions de rechange, il faudra bien que l’Humanité, et notamment sa partie riche, modifie son mode de vie afin de ne pas chercher à consommer ce qui ne peut plus être produit. Et ça, c’est une autre paire de manches.

Liens et sources:

(1) https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption

(2) https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres#:~:text=LE%20NUCL%C3%89AIRE%20EN%20FRANCE&text=Elle%20provient%20de%2056%20r%C3%A9acteurs,de%20400%20000%20foyers%20environ.

(3) https://fr.wikipedia.org/wiki/Joint_European_Torus

(4) https://fr.wikipedia.org/wiki/Demo_(r%C3%A9acteur)

(5) https://www.livescience.com/nuclear-fusion-reactor-sparc-2025.html#:~:text=A%20viable%20nuclear%20fusion%20reactor,massive%20generation%20of%20clean%20energy.

(6) https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption#Nuclear_power

(7) https://www.businessfrance.fr/-mondial-bilan-perspectives-covid19

(8) https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption#Wind_power

(9) http://www.ecolo.org/documents/documents_in_french/eole-combien.htm

(10) https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_by_country

(11) https://www.sfen.org/rgn/nuscale-garde-smr-americains

(12) https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal/clean-energy_fr

(13) https://www.lemondedelenergie.com/captage-co2-technologie-bilan-carbone/2020/01/10/#:~:text=Il%20s’agit%20d’une,son%20rejet%20dans%20l’atmosph%C3%A8re.

(14) https://theshiftproject.org/

A propos Vincent Verschoore

Animateur de Ze Rhubarbe Blog depuis 2008.

25 réponses

  1. Hazère-tyuillope

    Une autre voie vers la fusion développée par LPPFusion (Lawrenceville Plasma Physics) qui permettrait de passer directement de la fusion à la production d’électricité sans les échangeurs, turbines etc.. habituels
    On a toujours tendance à se focaliser sur la recherche de « la » solution, d’ accord avec vous sur l’ idée que l avenir sera à un mix de diverses technologies..

      1. Hazère-tyuillope

        Je ne sais pas si ils arriveront au bout, ils sont bien placés en matière de température apparemment Je le souhaiterais parce que cette technologie représenterait une forme d’ « idéal », ce qui m’ effare c’ est que ces gens sont obligés de faire appel à l’ épargne privée pour se financer alors qu’ ils (et d » autres) devraient être une priorité pour l » état fédéral US dans le cadre par exemple de leur plan de relance ! On à l’ impression qu’ en haut lieu personne n’ a encore réellement pris la mesure du problème ni de l’ urgence à s’ y mettre vraiment…

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