Small Modular Reactors : le module manquant du nucléaire ?

Des réacteurs plus petits, standardisés, modulaires, et permettant des applications plus larges; tel est l'objectif derrière le développement des SMR pour relancer la filière nucléaire et lui permettre de contribuer à la lutte contre le changement climatique.

May 20, 2022
by
Raphaël Dehont
Greg De Temmerman


De la première centrale nucléaire commerciale inaugurée en 1956 à Calder Hall aux 443 réacteurs actuellement en service à travers le monde, l’énergie nucléaire s’est déployée à un rythme à peine égalé dans les années 2000 par l'éolien et le solaire. La production d’électricité nucléaire a été multipliée par 56 sur la période 1965-1985. A titre de comparaison, sur la période 2000-2020 la production éolienne a été multipliée par 51. Pourtant, alors que le nucléaire représentait 17% de la production mondiale d’électricité en 1995, il ne représentait plus que 10% en 2021 - une dynamique inverse de celle des EnR* qui, pour la première fois en 2021, ont produit plus de 10% de l’électricité mondiale.

Parts du nucléaire et du solaire/éolien (combinés) dans le mix électrique mondial (Source: OurWorldInData)

La majorité des scénarios de décarbonation prévoient un mix énergétique largement dominé par les renouvelables et relativement peu de nucléaire. Les raisons de ce désamour sont nombreuses : hausse des coûts, retards, accidents comme Tchernobyl et Fukushima qui ont marqué les esprits et impacté l’acceptabilité de cette technologie, stabilisation de la demande en électricité dans les pays développés... Pourtant, à l’heure où baisser fortement et rapidement les émissions de CO2 est une nécessité pour limiter le réchauffement climatique, le nucléaire possède des atouts indéniables : des émissions de gaz à effet de serre très faibles sur l’ensemble du cycle de vie, une forte densité énergétique (et donc un faible besoin d’espace par unité d’énergie produite) et la capacité d’adapter la production à la demande (pilotable). L’Agence Internationale de l’Energie prévoit certes un doublement de la capacité nucléaire d’ici 2050, mais une part constante dans la production électrique mondiale. Les études prospectives de RTE (gestionnaire du réseau électrique français) et Net Zero America montrent que les scénarios avec nucléaire sont avantageux lorsque l’on raisonne en coûts complets du système - et pas seulement en coûts actualisés de l’énergie (LCOE en anglais).  

(Re)Faire du nucléaire une filière compétitive

Diminuer les coûts et les délais deconstruction, tout en ouvrant de nouveaux marchés, voilà l’objectif des SMR, ou Small Modular Reactors. Plus petits que les réacteurs traditionnels, ils couvrent une large gamme de puissance allant de 10 à 300 MWe et impliquent différentes technologies de réacteurs. A titre de comparaison, un EPR génère 1650 MWe et correspond à la génération III+. On dénombre plus de 70 concepts de SMR en projet dans une dizaine de pays. Beaucoup de ces SMR sont destinés à l’export, ce qui pose inévitablement la grande question du marché. Si de nombreux projets sont basés sur la technologie à eau pressurisée (comme l’EPR), certains projets sont dits “avancés” (Advanced Modular Reactor, AMR) et appartiennent à la génération IV non commercialisée pour l’instant. Sur le plan économique, les SMR misent sur une rentabilité intéressante permise par une construction modulaire et un effet de série qui simplifieraient la conception des centrales. Par conséquent, ils devraient favoriser la standardisation des designs, limitant ainsi les délais et les surcoûts récurrents.

En outre, leur faible puissance permet à une majorité de concepts d’offrir des dispositifs de sûreté dits passifs permettant, en cas d’accident, d’amener le réacteur dans un état d’arrêt, et de l’y maintenir pendant une longue période sans activité humaine.

Des petits réacteurs… pour un gros marché ?

La petite taille des SMR permet d’ouvrir les applications potentielles traditionnellement dédiées à la production électrique via de grosses centrales.

Pour les SMR les plus puissants, comme le concept français Nuward, il est prévu qu’ils remplacent des centrales à charbon, un marché énorme puisque la puissance installée au charbon dépasse 2000 GW, et que la baisse des émissions implique la fermeture de ces centrales rapidement. Cependant, la taille réelle de ce marché reste difficile à évaluer. En effet, ce n’est qu’à partir de 2030 que ces pays pourraient se manifester et les prévisions sur une telle échelle de temps fluctuent considérablement d’un modèle à l’autre. Les SMR seront également en compétition avec les EnR, bénéficiant de coûts et de délais de construction réduits.

D’autre part, les SMR moins puissants ont vocation à desservir les régions difficilement accessibles. Ils sont donc une solution intéressante pour les pays limités par leur économie ou la taille de leur réseau électrique. En France, la startup Naarea (avec son micro SMR de 1 à 40 MWe) se positionne sur le marché des groupes électrogènes. Le chauffage industriel et urbain figure parmi les autres possibilités, c’est d’ailleurs le marché visé par la startup Jimmy qui a récemment levé 2,2 millions d’euros. D’autres applications comme le dessalement de l’eau de mer, la production décarbonée de carburants synthétiques et d’hydrogène sont évoquées mais sont pour l’instant à un stade moins avancé de développement.

Parmi tous ces projets, les USA se démarquent à l’image du Natrium de Bill Gates (80 millions de dollars levés fin 2020) ou encore Nuscale ayant reçu la même année l’approbation de conception de la Commission de Réglementation Nucléaire (NRC). Dans la course figurent également d’autres pays comme la Russie, la France ou encore la Chine, qui compte actuellement 13 réacteurs “classiques” en construction, auxquels s'est ajouté récemment le SMR HTR-PM de quatrième génération, tout récemment connecté au réseau d’électricité chinois. Même Rolls-Royce au Royaume-Uni a réuni à lui seul 405 millions de livres Sterling fin2021, une somme partagée par le gouvernement et les investisseurs privés.

Quels leviers pour accélérer le déploiement des SMR ?

En premier lieu, ce sont les politiques Étatiques qui entretiennent le savoir-faire et encouragent l’économie d’apprentissage. La mise en place d’un véritable programme industriel peut faciliter le déploiement des SMR. Par exemple, au Royaume-Uni, afin de soutenir les chaînes d’approvisionnement, le programme de “révolution industrielle verte” a annoncé l’octroi de 528 millions de dollars à la filière nucléaire pour le développement des SMR et AMR. L’Etat Français prévoit lui d'accorder un milliard d’euros au développement des réacteurs innovants (dont les SMR) dans le cadre de son plan France 2030.

Ensuite, les autorités de sûreté ont un rôle prédominant : les Etats-Unis, le Canada et le Royaume-Uni ont fait des progrès considérables en matière de politique et de licences pour faciliter le déploiement des SMR. Effectivement, aux Etats-Unis, cinq promoteurs de SMR ont reçu des subventions dans la catégorie “réduction des risques” afin de développer les cadres réglementaires.

Enfin, plusieurs études montrent que les SMR doivent être produits en série et en grand nombre pour être rentables économiquement, ce qui requiert une harmonisation des normes de sûreté pour conserver l’aspect modulaire. La NRC a d’ailleurs déjà pris le leadership occidental pour la définition du référentiel standard de régulation sur le marché des SMR. Les défis à relever étant encore nombreux, il faudra donc attendre la prochaine décennie avant de voir émerger une exploitation commerciale à grande échelle. Ce sont donc les années à venir qui permettront de voir si ces petits réacteurs modulaires suffiront à relancer la filière nucléaire. Cependant, au vu des vitesses de déploiement des technologies dans l’énergie, ils ne devraient pas représenter plus de 10% de la production nucléaire mondiale d’ici 2040.

*EnR désigne ici le photovoltaïque et l’éolien

 

 

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