Superphénix

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Superphénix Superphénix est le nom du réacteur nucléaire de l'ex-centrale nucléaire de Creys-Malville sur la commune de Creys-Mépieu, dans l'Isère. Superphénix est un prototype français de réacteur à neutrons rapides et à caloporteur sodium faisant suite aux réacteurs nucléaires expérimentaux Phénix et Rapsodie.
Superphénix

Superphénix Superphénix est le nom du réacteur nucléaire de l'ex-centrale nucléaire de Creys-Malville sur la commune de Creys-Mépieu, dans l'Isère. Superphénix est un prototype français de réacteur à neutrons rapides et à caloporteur sodium faisant suite aux réacteurs nucléaires expérimentaux Phénix et Rapsodie.

Historique

Deux postulats ont mené à la construction de Superphénix : l'anticipation d'une croissance soutenue des besoins énergétiques et l'existence d'un stock limité d'uranium naturel. Dans un tel scénario, seuls les réacteurs surgénérateurs (dont la filière à neutrons rapides) apparaissent durables. En avril 1976, le premier ministre français Jacques Chirac autorise la société NERSA à passer commande de Superphénix. Le projet de la centrale de Superphénix est le fruit d'une collaboration internationale entre EDF (51%), la société italienne Enel (33%) et la société allemande SBK (16%). À l'origine, un réacteur devait être construit dans chaque pays partenaire mais, suite à des pressions politiques, seul Superphénix a vu le jour. Le 31 juillet 1977, une manifestation contre le projet s'est déroulée à Creys-Malville, ce fut l'une des plus importantes de l'histoire du mouvement antinucléaire français. Les CRS ont utilisé des grenades offensives pour repousser les manifestants, faisant un mort, Vital Michalon et une centaine de blessés, dont deux (Michel Grandjean et Manfred Schultz) ont dû être amputés d'une main ou d'un pied. Lors de cette manifestation, plusieurs manifestants ont tenté de forcer les barrières destinées à protéger le chantier. Un gendarme est également amputé d'une main. Le 18 janvier 1982, une attaque au lance-roquettes visa le chantier de la centrale nucléaire de Superphénix, sans faire de victimes Consulter: http://www.transfert.net/a8775. Les auteurs de l'attentat ne furent pas identifiés, mais, en 2003, Chaïm Nissim, ancien député écologiste de Genève, affirma en être l'auteur et s'être procuré l'arme auprès du groupe du terroriste CarlosNISSIM, Chaïm, L'amour et le monstre : roquettes contre Creys-Malville, Lausanne, Paris, Favre, 2004. La centrale nucléaire de Creys-Malville est mise en service en 1985. Elle rencontre des difficultés techniques et administratives (c'est un prototype) qui entraînent de multiples arrêts dont un de trois ans et demi : le 19 janvier 1994, le quotidien Le Monde titre « Après trois ans et demi d'arrêt du surgénérateur, les autorités de sûreté proposent un redémarrage de Superphénix sous conditions. » À l'arrivée de la gauche plurielle, les Verts ont réclamé l'arrêt et le démantèlement de Superphénix. La Commission de la production et des échanges de l'Assemblée nationale a constaté en avril 1997 que « l'arrêt immédiat du réacteur est, en tout état de cause, plus coûteux que la poursuite de l'activité même grevée d'un faible taux de disponibilité de l'infrastructure ». En outre, le rapport du Sénat conclut, sur bilan de la Cour des comptes, qu'« au total, compte tenu des hypothèses d'EDF, retarder l'arrêt de l'exploitation de la centrale jusqu'à la fin de la convention entre les partenaires dans NERSA, soit fin 2000, aurait probablement été globalement neutre sur le plan financier. » Extraits du rapport du Sénat établi en 1998 : :« Le coût de construction et de fonctionnement de Superphénix a dépassé les estimations initiales. Dans son rapport de janvier 1997, la Cour des Comptes l'a évalué à 60 milliards de francs répartis entre les partenaires du consortium européen NERSA43(
-) à concurrence de 51% pour EDF, 33% pour l'électricien italien Enel et 16% pour le consortium SBK, qui regroupe les électriciens allemands RWE, néerlandais SEP et belge Electrabel. En réalité, compte tenu de la valeur de l'électricité fournie au réseau par le réacteur, les dépenses s'élèveraient, selon elle, à 40, 5 milliards de francs. » En 1997, Lionel Jospin, premier ministre de la France, annonce : « Superphénix sera abandonné ». Lionel Jospin ayant pris sa décision, un arrêté ministériel du 30 décembre 1998 a conduit à son arrêt définitif. Les raisons invoquées, influencées par la pression de l'opinion publique, était que le faible prix de l'uranium ne justifiait plus les investissements dans cette technologie. Les frais de dédommagement des actionnaires étrangers de NERSA, déboutée par la décision du Gouvernement français, ont été compensés par des fournitures de courant d'EDF à ces partenaires étrangers entre 1996 et 2000.

Fonctionnement

Schéma de l'architecture du réacteur Superphénix (circuit primaire type piscine) Le réacteur à neutrons rapides Superphénix était un réacteur qui développait une puissance comparable à celle d'une tranche d'une centrale nucléaire classique ou de deux centrales thermiques de forte puissance : 3000 MWth et 1240 MWe, soit un rendement brut de 41, 3%. Le combustible préférentiel du réacteur est le plutonium 239 mais pouvait également utiliser du MOX (plutonium sur support uranium appauvri) issu du retraitement. Le développement de ce combustible utilisé également dans les centrales classiques fut également une des causes invoquées du démantèlement de Superphénix. Le principe de fonctionnement de Superphénix est celui d'un réacteur à fission nucléaire utilisant des neutrons rapides (sans modérateur) et utilisant du sodium liquide comme caloporteur dans son circuit de refroidissement primaire. Chaque fission de noyau lourd dégage à peu près 200 MeV. Par conséquent, 1 MWh correspond à 1 g de combustible. Pour un fonctionnement à pleine puissance 300 jours par an, la consommation de Superphénix aurait donc été de 3000 x 300 = 900 kg de plutonium, soit à peu près une tonne. Ce chiffre est à comparer aux 15 106 tonnes de pétrole annuelles d'une centrale thermique, ou même aux 27 tonnes d'uranium enrichi d'un réacteur à eau pressurisée . La fission du combustible, induite par un flux neutronique, dégage de l'énergie en même temps qu'un certain nombre de neutrons, dont une partie induira à nouveau des fissions, entretenant ainsi la réaction en chaîne. D'autre part, certains neutrons participent à la transmutation de l'uranium-238 en plutonium-239, lequel est aussi fissile. La chaleur produite dans le réacteur Superphénix était évacuée avec du sodium liquide (550°C). En effet, il fallait à la fois que le matériau soit un caloporteur efficace (comme l'eau) et qu'il ne ralentisse pas les neutrons (contrairement à l'eau). Ce premier circuit (primaire) de sodium échangait la chaleur avec un circuit secondaire de sodium, puis avec un circuit à eau, laquelle entrainait les turbines de l'alternateur après vaporisation. Le circuit de refroidissement de Superphénix était de type piscine (pool reactor) : le sodium du circuit primaire, potentiellement radioactif, était confiné à l'intérieur de la cuve et un échangeur intermédiaire permettait l'échange de chaleur avec le circuit secondaire de refroidissement de sodium. Ceci constituait une innovation technologique majeure par rapport au système notamment utilisé sur Rapsodie et les surgénérateurs américains : le refroidissement par boucles (loop reactor) où plusieurs boucles (2 dans le cas de Rapsodie et jusqu'à 6 pour certains réacteurs) de sodium permettaient l'échange entre circuit primaire et circuit secondaire, le sodium primaire radioactif n'étant alors pas confiné à l'intérieur de la cuve.

Bilan neutronique d'un REP

On suppose que le seul matériau fissile est l'uranium 235. Les nombres indiqués sont des ordres de grandeur.100 fissions d'uranium 235 libèrent en moyenne 250 neutrons, qui donnent lieu aux réactions suivantes:
- 100 neutrons provoquent 100 nouvelles fissions, entretenant ainsi la réaction en chaîne, et consommant 100 noyaux du matériau fissile,
- 70 neutrons subissent des captures fertiles par 70 noyaux du matériau fertile uranium 238, les transformant en autant de noyaux fissiles de plutonium 239,
- 75 neutrons subissent des captures stériles, soit par des noyaux fissiles (30 neutrons), soit par des noyaux du réfrigérant, des structures du cœur, des éléments de contrôle ou des produits de fission,
- 5 neutrons fuient hors du cœur (pour être capturés par des protections neutroniques).

Bilan neutronique de Superphénix

On suppose que le seul matériau fissile est le plutonium 239. 100 fissions de 239Pu libèrent en moyenne près de 300 neutrons. Ces neutrons vont subir les réactions suivantes :
- 100 neutrons provoquent 100 nouvelles fissions, entretenant la réaction en chaîne et consommant 100 noyaux fissiles de 239Pu,
- 100 neutrons subissent, dans le cœur même du réacteur, une capture fertile par 100 noyaux de 238U, les transformant en autant de noyaux fissiles de 239Pu,
- 40 neutrons subissent une capture stérile, soit par des noyaux fissiles (20 neutrons), soit par des noyaux du réfrigérant, des structures, des éléments de contrôle ou des produits de fission,
- 60 neutrons fuient hors du cœur proprement dit, où ils subissent pour l'essentiel (50 neutrons) une capture fertile par 50 noyaux de 238U, les transformant en autant de noyaux de 239Pu ; les autres neutrons (10) subissent une capture stérile, soit dans les couvertures, soit dans les protections neutroniques.

Comparaison des bilans

Calculons dans les deux cas le taux de régénération TR, soit par définition le rapport du nombre de noyaux fissiles produits par capture fertile au nombre de noyaux fissiles détruits par fission et capture stérile.
- TR_ =\frac = 0.6< 1 (il ne faut pas oublier les neutrons détruits par capture stérile (i.e. perdus pour la réaction)) ,
- TR_= \frac= 0.8 < 1, où on ne prend en compte que la régénération dans le cœur,
- TR_=\frac=1.25 > 1 , où on prend en compte la régénération dans le cœur et dans les couvertures. On voit donc qu'un réacteur tel que Superphénix est surgénérateur grâce à la présence de couvertures. À l'inverse, entourer un REP de couvertures ne servirait à rien, étant donné le faible nombre de neutrons qui fuient hors du cœur. Superphénix était prévu pour produire plus de plutonium qu'il n'en consomme, c'est ce qui s'appelle la surgénération. Cette extraordinaire propriété est due au bilan neutronique expliqué ci-dessus (le taux de régénération est supérieur à 1). Des recherches ont été réalisées sur Superphénix pour expérimenter un tel réacteur surgénérateur. Ces recherches se sont portées principalement sur la neutronique, et en particulier sur un examen détaillé du bilan de neutrons dans le réacteur. Ces recherches ont été partiellement interrompues par la fermeture de Superphénix.

Débat sur Superphénix

Superphénix a été au centre d'une vive controverse, ses défenseurs argumentant sur son intérêt, les militants antinucléaires exposant de nombreux arguments contre lui : Après la lutte des écologistes Les Verts contre Superphénix depuis sa planification et construction, un réseau national appelé Sortir du nucléaire a été formé à sa fermeture, rassemblant des centaines d'organismes : comités locaux, associations écologiques, mouvements de citoyen et partis.

Risques d'accident et sécurité

Le risque de l'accident majeur est toujours possible, . La centrale contient cinq tonnes de plutonium et 5 000 tonnes de sodium liquide, qui s'enflamme spontanément au contact de l'air, et explose au contact de l'eau en produisant de l'hydrogène, lui-même extrêmement réactif. Par ailleurs, on ne sait toujours pas éteindre un feu de plus de quelques centaines de kilogrammes de sodium. Dès 1976, un ingénieur d'EDF - J.P. Pharabod - déclare dans Sciences et Vie (n°703, avril 1976) qu'« il n'est pas déraisonnable de penser qu'un grave accident survenant à Superphénix pourrait tuer plus d'un million de personnes. » ce qui déclencha une vive polémique en France sur la sécurité de Superphénix. Le 8 décembre 1990, une partie du toit de la salle des turbines s'est écroulée à cause de la neige, nécessitant de reconstruire la superstructure de la moitié du bâtiment. Le réacteur était arrêté ce jour-là. Une des problématiques pour la sécurité est l'augmentation de la viscosité du fluide caloporteur (le sodium liquide) en cas de pollution mal maîtrisée.

Intérêt de la surgénération

Selon les industriels du nucléaire, la surgénération représente toujours une solution au problème de la pénurie d'uranium. En effet, même si les prévisions des années 1970 se sont révélées trop pessimistes en raison des politiques de maîtrise des dépenses énergétiques au lendemain des crises pétrolières et d'une sous-estimation de la quantité et de la teneur des gisements d'uranium économiquement exploitables, la réserve d'uranium (au niveau de consommation actuel) est estimée entre 50 et 90 ans suivant les projections. L'énergie des neutrons rapides, contrairement aux réacteurs à eau pressurisée, permet de transformer non seulement tous les atomes lourds initiaux, mais aussi ceux, à vie longue, engendrés par la réaction : neptunium, plutonium, américium, curium, etc. De plus, un réacteur de ce type peut être utilisé en surgénération pour optimiser le rendement matière (l'uranium naturel est peu à peu transformé en plutonium qui est brûlé à son tour) ou en sousgénération, auquel cas il brûle des excès de matière fissile et permet notamment d'éliminer le plutonium militaire. Enfin, un réacteur à neutrons rapides pourrait accélérer la transmutation de produits de fission à vie longue en produits à vie plus courte et donc contribuer à réduire la toxicité à terme de ces déchets. De telles études étaient menées à Superphénix et sont poursuivies sur le réacteur Phénix, en accord avec la loi Bataille.

Connaissances techniques développées

Superphénix a permis au CEA et à EDF de développer des techniques pointues. Des données technologiques ont été collectées, notamment quant au caloporteur : le sodium liquide. Ces connaissances pourraient être réutilisées pour les futurs réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium, une des solutions préconisées par le Forum International Génération IV, qui regroupe les grandes puissances du nucléaire civil : Allemagne, États-Unis d'Amérique, France, Royaume-Uni, Italie, Japon, etc.

Décisions de construction / fermeture

Selon les opposants, le démantèlement de Superphénix a été décidé sans consultation publique, tout comme sa construction. Ses promoteurs soulignent au contraire que l'abandon de Superphénix a été décidé par un arrêté ministériel . , tandis que sa construction avait été décidée par une loi.

Bilan

Coût

Le coût de l'opération Superphénix a été très élevé sur le plan financier. Le prix de la construction (dix milliards de francs pour une prévision de quatre milliards) et de l'entretien de Superphénix pendant son fonctionnement a été évalué à 40, 5 milliards de francs français et le prix de son démantèlement a été estimé à 16, 5 milliards de francs français : au final l'expérience industrielle a souvent été jugée coûteuse, la possibilité d'une exploitation industrielle « normale » étant contestée . Cependant, des données économiques approuvant la poursuite de l'activité de Superphénix malgré son coût initial important ont été avancées par la Commission de la production et des échanges de l'Assemblée Nationale en avril 1997:
- l'essentiel des charges liées au fonctionnement du réacteur appartient au passé,
- la poursuite de l'activité du réacteur à neutrons rapides ne devrait pas générer de pertes substantielles et peut même, si le taux de disponibilité est au moins égale à 46%, dégager des ressources,
- l'arrêt immédiat du réacteur est, en tout état de cause, plus coûteux que la poursuite de l'activité même grevée d'un faible taux de disponibilité de l'infrastructure. Superphénix aurait pu coûter de l'argent mais son fonctionnement apparaissait néanmoins économiquement viable. Superphénix avait en effet un coût d'exploitation incompressible de 900 millions de francs par an, et pouvait espérer rapporter entre 1, 5 et 2 milliards de francs/an (sachant que le combustible présent pouvait permettre la production durant 1 500 jours pleins, soit 4 ans), à condition de ne pas connaître d'autres problèmes de fonctionnement (techniques, politiques ou administratifs), ce qui est normal pour un prototype. Les dépenses de fonctionnement provenaient premièrement d'incidents techniques divers et variés qui ont grêvé la disponibilité de la centrale, ce qui est normal car un prototype coûte plus cher à construire et à faire fonctionner mais aucune des difficultés rencontrées n'a cependant mis en cause la viabilité de cette filière. La deuxième cause de surcoût, et la plus lourde de très loin, a été un défaut de production d'électricité, donc de recettes. Il n'y avait aucune raison a priori pour que Superphénix fonctionnât moins bien que Phénix. Cependant, Superphénix en 11 ans a fonctionné pendant 53 mois, il a subi des réparations pendant 25 mois, mais il a été arrêté 54 mois pour des raisons administratives. La production d'électricité aurait dû rapporter 12 milliards de francs, elle n'en a fourni que 2 milliards. Le paroxysme de cette "opposition administrative" à Superphénix étant atteint avec le renouvellement de l'enquête publique d'autorisation en 1993, procédure administrative ayant duré une année durant laquelle la centrale n'a pu fonctionner. Dès lors, il est évident que le bilan comptable de la centrale de Creys-Malville est difficile. Cependant, il ne faut pas oublier que Superphénix a été arrêté en 1997 après une année de fonctionnement particulièrement satisfaisante où le coefficient de charge (>90%) a dépassé en fait celui des autres réacteurs du parc EDF. L'optimisme était donc de rigueur pour les années futures quant à sa rentabilité (non pas par rapport au coût global incluant le coût initial du prototype mais aux dépenses de fonctionnement). Il était prévu pour fonctionner 30 ans, jusqu'en 2015. Nous aurions donc pu obtenir à un coût quasiment nul des connaissances technologiques, des résultats sur le retraitement des actinides si l'opinion avait été mieux instruite des possibilités de Superphénix au lieu d'agiter les vieux démons du nucléaire. Ceci est notamment plus regrettable vu le coût initial de Superphénix.

La concurrence d'autres réacteurs

Le budget accordé à la recherche nucléaire n'est pas infini et Superphénix a subi la concurrence d'autres projets de réacteurs plus médiatisés ou plus appréciés par les industriels pour des raisons qui leur sont propres. Nous pouvons notamment citer:
- Le MOX: Depuis 1985, des réacteurs nucléaires français à eau pressurisée ont été adaptés pour brûler des assemblages d'un nouveau combustible contenant 5 à 7% de plutonium mélangé à de l'uranium normal en voie de retraitement (le MOX). Actuellement, 19 réacteurs d'EDF sont régulièrement chargés en MOX. Pour ne pas affecter le fonctionnement des réacteurs à eau pressurisée qui n'ont pas été conçus pour le plutonium, on n'introduit dans la charge de combustible que 30% d'assemblages de MOX à côté de 70% d'assemblages traditionnels d'uranium enrichi. Le MOX présente ainsi le même avantage que les surgénérateurs : recycler une partie du plutonium issu du retraitement. Il faut extraire le plutonium d'environ sept assemblages de combustible irradié pour constituer un assemblage de MOX. Pour consommer le plutonium retraité, il faudrait adapter à l'usage du MOX 28 réacteurs français au lieu de 20 actuellement. L'irradiation d'un assemblage MOX générant à peu près la même quantité de plutonium, la production de plutonium est au total réduite de 30%. Le recyclage multiple du MOX irradié, plus radioactif, n'est pas envisagé. À l'instar des réacteurs à neutrons rapides, le MOX peut être fabriqué en incorporant du plutonium militaire, plus riche en isotopes fissiles, soit en le dégradant avec du plutonium civil moins riche, soit en le brûlant directement. Russes et Américains s'intéressent d'ailleurs à cette technologie pour démanteler leur stock de bombes atomiques. Néanmoins, environ 30 % des isotopes du plutonium issus du retraitement ne sont pas fissiles par des neutrons lents et ne peuvent pas être brûlés dans les réacteurs REP qui sont donc moins efficaces que les réacteurs à neutrons rapides. La concurrence du MOX n'est donc pas totale.
- L'EPR: Bien que l'EPR ne soit pas un rival technologique (l'EPR n'est qu'une amélioration des réacteurs classiques), il a représenté un danger pour Superphénix. En effet, le budget n'étant pas extensible, l'EPR a reçu une part importante des investissements financiers et humains au détriment des surgénérateurs.

Image de la France

Sur le plan de l'image de l'industrie française, la communication a été mal gérée. Les hasards du calendrier ont voulu que la catastrophe de Tchernobyl se produise au même moment (avril 1986) que la mise en service de Superphénix. Le manque de transparence et les erreurs de communication en France sur les conséquences de la catastrophe de Tchernobyl ont entraîné une certaine méfiance de l'opinion publique sur la sûreté nucléaire, qui a pu se reporter sur la filière émergente des RNR, dont la conception est pourtant très différente de celle du RBMK soviétique. La responsabilité sociétale des constructeurs et des exploitants du réacteur a été discutée via des informations diffusées par des réseaux anti-nucléaires internationaux (Greenpeace), nationaux (Réseau sortir du nucléaire), et locaux (Association "sans but lucratif", Comité Malville, ...). Aujourd'hui, les réseaux internet permettent à beaucoup d'organisations de communiquer facilement sur cette affaire. Pourtant, beaucoup d'experts s'accordent à penser que les réacteurs à neutrons rapides ont un niveau de sûreté équivalent à celui d'un réacteur à eau pressurisée.

Impact sur l'opinion publique en France

Les conséquences ont été graves aussi en termes d'impact sur l'opinion publique tout au long du projet en France :
- Prévisions trop alarmistes sur le prix de l'uranium, démenties par les faits,
- Promotion d'une filière à la hussarde, processus de décision sans véritable débat,
- Communication insuffisante,
- Tergiversations administratives et fluctuations sur le rôle attribué au réacteur. Voir le rapport d'enquête de l'Assemblée nationale de 1998 : http://www.assemblee-nationale.fr/rap-enq/r1018-1.asp Comme en témoigne ce rapport, la France est apparue isolée sur une filière qui semblait abandonnée par de nombreux pays. Ce manque de communication en France a été très préjudiciable à l'image d'une filière, qui présente pourtant certains avantages sur le plan économique et des impacts écologiques :
- Meilleure utilisation de la ressource naturelle,
- Possibilité d'incinération des déchets nucléaires à vie longue,
- Sûreté d'exploitation équivalente à celle d'un réacteur à eau pressurisée, en raison de la présence d'un circuit secondaire
- Faibles besoins en eau de refroidissement, et pas de tour de réfrigération (aéroréfrigérant). La filière des réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium figure d'ailleurs parmi les six types de réacteurs retenus par le Forum International Génération IV).

Retour d'expérience sur la filière à neutrons rapides

L'exploitation de Superphénix a été soigneusement consignée par des experts en ingénierie des connaissances, dans des systèmes d'intelligence collective. Les compétences européennes dans la filière industrielle des réacteurs à neutrons rapides ont globalement été conservées, mais elles ont été largement exploitées par d'autres puissances économiques, habiles pour récupérer l'expérience industrielle des autres et créer des réseaux de connaissances : le Japon (Monju), puis les États-Unis, qui, après avoir arrêté le réacteur de Clinch River, se sont orientés vers des recherches sur la fermeture du cycle nucléaire. Les recherches sur les réacteurs de génération IV en témoignent.

Références

Bibliographie

-Collectif, Le Projet de la centrale nucléaire de Creys-Malville : surrégénérateur, Palaiseau, SOFÉDIR, 1979,
-Collectif, Superphénix : le dossier, Lyon, Les Européens contre Superphénix, 1994.
-Vendryes, Georges, Superphénix, pourquoi ?, Paris, Nucléon, 1997.
-Collectif, Rapport d'information fait au nom de la commission d'enquête sur Superphénix et la filière des réacteurs à neutrons rapides, Paris, Assemblée nationale, 1998.
-Bienvenu, Claude, Superphénix : le nucléaire à la française, Paris, Montréal : l'Harmattan, 1999.
-Nissim, Chaïm, L'amour et le monstre : roquettes contre Creys-Malville, Lausanne, Paris, Favre, 2004.

Voir aussi

- Centrale nucléaire
- Énergie nucléaire
- Filière nucléaire
- Forum International Génération IV ==
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