Le réacteur européen à eau sous pression EPR

Même dans un contexte de libéralisation des marchés de l'électricité, la construction d'une nouvelle centrale nucléaire moderne s'avère pertinente d'un point de vue économique et contribue à la réalisation des objectifs de protection climatique. En outre, réserver une part raisonnable à l'énergie nucléaire dans le bouquet ou "mix" énergétique permet d'être moins dépendant des importations d'énergies fossiles. Les objectifs de politique économique comme de politique environnementale se trouvent ainsi atteints. L'exemple de la Finlande, qui a opté pour la construction d'un réacteur EPR, illustre très clairement ces différents points.
Il est intéressant d'exposer le processus qui a conduit la Finlande à se décider pour la construction d'un nouveau réacteur nucléaire et a garanti en même temps l'acceptation du projet par la société finlandaise. Le projet finlandais Olkiluoto 3 sert également de référence pour la réalisation d'un projet EPR, dont les données standards mettent en évidence le perfectionnement de la technologie des réacteurs à eau sous pression par rapport aux centrales actuellement en service.
Par souci d'exhaustivité, il convient de rappeler qu'en France aussi, les responsables politiques ont déjà donné leur feu vert pour la construction d'un réacteur EPR et que certains autres États, comme la Chine ou même la Belgique, ont manifesté leur intérêt pour ce type de réacteur.

1. Le processus de décision: considérer les faits et les communiquer

Le défi mondial consistant à satisfaire des besoins croissants en énergie tout en réduisant les émissions de CO₂ a des implications qui doivent être prises en compte dans le cadre de la politique énergétique nationale des différents États. Un certain nombre de pays ou de régions en ont déjà pris conscience et en ont tiré leurs propres conclusions. D'autres pays suivront, et aucun pays, finalement, ne peut se soustraire à cette responsabilité commune.
À cet égard, la Finlande est un exemple pour l'Europe. Les raisons qui ont motivé son choix (tout comme celui de la France) pour l'EPR peuvent être transposées à d'autres pays, et elles auront d'ailleurs leur rôle à jouer lorsqu'il s'agira dans ces pays également de décider de la construction de nouvelles centrales et, partant, de la structure à long terme des capacités de production d'électricité. Seuls des besoins propres ont conduit la Finlande à agir plus rapidement que d'autres pays européens.

1.1 La situation énergétique mondiale: caractérisée par des besoins croissants, mais aussi par des impératifs de protection climatique, de sécurité d'approvisionnement et de rentabilité

• - Les besoins énergétiques mondiaux aug
  mentent, en particulier dans les pays en
  voie de développement:

  • - La population mondiale croît

  • - La consommation d'énergie par tête augmente dans le Tiers monde

  • - L'approvisionnement en énergie reste in suffisant pour 2 milliards de personnes

• - Même en supposant des économies d'énergie draconiennes dans les pays industrialisés, ces dernières ne compenseront pas la hausse des besoins dans les pays en voie de développement.

• - Même en supposant une baisse des besoins en énergie primaire dans les pays industrialisés, la consommation d'électricité augmentera en raison des nouvelles technologies.

À l'échelle mondiale, cela donne une forte croissance des besoins en énergie et une augmentation supérieure à la moyenne des besoins en électricité.
Le Professeur Rakesh Chawla a déjà présenté le thème CO₂ et énergie. Je n'y reviendrai donc que très brièvement. Les principales sources d'énergie fossiles utilisées dans les transports, dans l'industrie, pour la production d'électricité et par les ménages (pétrole, gaz naturel et charbon, notamment) rejettent inévitablement du dioxyde de carbone (CO₂) lors de leur combustion et contribuent ainsi aux changements climatiques, désormais considérés comme la pire menace pour l'environnement. En conséquence, la diminution des émissions de CO₂ à l'échelle mondiale constitue le défi majeur du XXI^è siècle. Le Protocole de Kyoto à la Convention-cadre des Nations unies exige en premier lieu des pays industrialisés une réduction de leurs émissions de gaz. Stabiliser le réchauffement de l'atmosphère terrestre à deux degrés maximum nécessite cependant de réduire de plus de 50% les émissions actuelles de CO₂ à l'échelle de la planète. Mettre en œuvre toutes les technologies disponibles capables de contribuer à l'approvisionnement énergétique sans émission de CO₂ est par conséquent un devoir à l'égard des générations actuelles et futures.
L'approvisionnement en énergie se trouve d'autant plus en difficultés que les limites des réserves d'énergies primaires fossiles, notamment du pétrole, commencent à se dessiner. Le gaz naturel ne pourra remplacer le pétrole qu'un certain temps. Seules les réserves de charbon sont importantes. L'aspect de la sécurité d'approvisionnement va de plus en plus influencer l'utilisation des sources d'énergie. Une hausse significative des prix sur le marché mondial deviendra inévitable.
Si l'on veut que les critères d'un "développement durable" soient satisfaits, l'approvisionnement en énergie de la population mondiale doit également répondre aux critères de l'écologie et de l'économie. Et nous ne devons pas épuiser les sources d'énergie dont les générations futures auront besoin.
En conséquence, nous devons dès aujourd'hui utiliser avec le meilleur rendement possible toutes les sources d'énergie disponibles, tout en accordant la priorité absolue aux recherches sur des énergies nouvelles. Dans ce contexte, nous devons veiller avant tout à ménager les ressources rares et à développer les énergies sans ou à faibles émissions de CO₂. L'énergie nucléaire jouera ici un rôle de plus en plus important.

1.2 Politique énergétique: réactions aux données globales
Même si à l'avenir les politiques énergétiques de chaque État continuent à différer en fonction des contraintes régionales, l'objectif commun à l'échelle mondiale reste la diminution des émissions de dioxyde de carbone. L'utilisation de l'énergie nucléaire sera mieux acceptée si le débat public est mené de manière objective, indépendamment de toute idéologie.
L'Union européenne, par exemple, a rapidement identifié et analysé les réalités et les différents liens de l'approvisionnement en énergie. Ainsi, l'UE perçoit dans son Livre Vert sur la sécurité d'approvisionnement le risque d'une dépendance énergétique vis-à-vis de l'extérieur supérieure à 70% d'ici 20 à 30 ans si rien n'est entrepris pour changer la situation. Les mesures proposées par l'UE incluent notamment une part des énergies renouvelables représentant plus de 12% dans les besoins en énergie primaire et plus de 22% dans la production d'électricité, ainsi qu'une utilisation suffisante de l'énergie nucléaire. Autre constatation: le recours à l'énergie nucléaire pour la production d'électricité s'impose si l'on ne veut pas renoncer à atteindre les objectifs de la protection climatique.
La Direction générale de l'énergie et des transports et son actuelle Commissaire Loyola de Palacio ont bien identifié les risques qui pèsent sur un approvisionnement énergétique suffisant, au vu des restrictions existantes, et ont notamment entrepris une réévaluation de l'énergie nucléaire.

1.3 L'exemple de la Finlande
La Finlande est parvenue à intégrer dans sa réflexion toutes les conclusions de l'UE en plus de ses propres contraintes nationales. La protection climatique, la sécurité d'approvisionnement et la compétitivité des coûts de l'énergie ont constitué ses principaux critères. (À noter que la Finlande a déjà dépassé la part d'importation redoutée par l'UE dans le Livre Vert et qu'en revanche, elle produit beaucoup plus d'électricité à partir d'énergies renouvelables que ce qui est recommandé pour l'avenir par l'UE dans ce même Livre Vert.)
C'est donc de manière précoce que la Finlande a engagé une politique énergétique responsable qui lui permettra de couvrir ses besoins croissants en électricité (une augmentation de 25 % est attendue d'ici à 2020) dans un esprit de développement durable. Le développement des énergies renouvelables continuera de jouer un grand rôle, mais ces ressources ont aussi des limites, qui ont été identifiées avec réalisme. Des études comparatives approfondies prenant en considération toutes les alternatives offertes pour couvrir les besoins énergétiques futurs ont été réalisées et ont fait l'objet de débats soutenus tant au niveau politique qu'au niveau du grand public.
À l'issue de ce processus tant remarquable qu'exemplaire, le parlement s'est prononcé pour une utilisation renforcée de l'énergie nucléaire et pour la construction d'un cinquième réacteur, décision qui a également recueilli l'approbation du public (en 1993, le développement de l'énergie nucléaire était encore rejeté). Ces décisions du gouvernement et du parlement ont été facilitées par deux faits: les deux sites nucléaires finlandais disposent de deux centres de stockage pour les déchets de faible et moyenne activité. En outre, Olkiluoto avait été désigné presque à l'unanimité par le Parlement comme site de dépôt de déchets de haute activité (combustibles irradiés), ce avant même que soit prise la décision en faveur d'un cinquième réacteur et à condition que les études confirment le caractère approprié du site.
Le soutien actif des acteurs économiques et syndicaux a également plaidé en faveur du nouveau réacteur. Tous ont souligné les avantages de la possibilité offerte à l'économie de s'approvisionner en électricité nucléaire bon marché, ainsi que les bienfaits qui en découlent pour la sécurité de l'emploi.
La situation initiale avant la construction de la nouvelle centrale nucléaire était la suivante:

• - Les besoins d'électricité en Finlande augmentent de façon permanente depuis des années. La part de l'industrie à forts besoins en électricité est importante en Finlande.

• - La dépendance de la Finlande vis-à-vis des importations d'énergie primaire et d'électricité est assez élevée (plus de 70%) et se concentre sur un nombre de pays relativement faible.

• - Pour couvrir la hausse de consommation estimée à 28 TWh au cours des 15 prochaines années, la Finlande doit utiliser toutes les sources d'énergie disponibles (y compris les énergies renouvelables).

• - Pour permettre à la Finlande de conserver une répartition équilibrée des différentes sources d'énergie, la part de l'énergie nucléaire doit augmenter.

• - L'engagement de la Finlande dans le cadre du Protocole de Kyoto et du "burdensharing" de l'UE (stabilisation des émissions de CO₂ au niveau de 1990) implique la création de capacités supplémentaires de production sans émission de dioxyde de carbone, afin de ne pas limiter la croissance économique.

• - La Finlande dispose d'un concept global pour le traitement et le stockage des déchets radioactifs, soutenu par la quasi-totalité des partis politiques (y compris les Verts).

La construction d'un nouveau réacteur nucléaire gère au mieux cette situation initiale:

• - Olkiluoto 3 (OL 3) couvre partiellement les besoins supplémentaires en électricité et remplace les anciennes centrales à combustibles fossiles;

• - OL 3 contribue au respect des engagements issus du Protocole de Kyoto;

• - OL 3 garantit la stabilité et la prédictibilité des prix de l'électricité; et

• - OL 3 réduit la dépendance vis-à-vis des importations d'électricité.

Le Professeur Tarjanne, de l'université de Lappeenranta, a démontré dans des études détaillées que l'énergie nucléaire induit les coûts de production d'électricité les plus bas et les plus stables sur le long terme, et ce sans même prendre en compte une taxe sur les émissions de CO₂. L'échange des droits d'émission à venir va augmenter les coûts pour les centrales à combustibles fossiles et, ainsi, améliorer encore la compétitivité de l'énergie nucléaire.
Le court délai de construction (d'ici 2009) favorise également la réalisation rapide des objectifs économiques et de politique environnementale.

2. Le projet Olkiluoto 3

2.1 Le client TVO

La commande du réacteur Olkiluoto 3 a été passée par la société Teollisuuden Voima Oy (TVO), fondée en 1969. Avant le projet OL3, l'effectif de TVO (gestion et exploitation) se limitait à 524 collaborateurs. TVO produit de l'électricité au prix de revient pour ses sociétaires. En ce qui concerne les capacités de production, TVO possède la centrale Olkiluoto, abritant deux réacteurs de 840 MW (réacteurs à eau bouillante), et une part de 45 % dans la centrale au charbon de Meri-Pori (250 MW).

2.2 La tranche Olkiluoto 3 (OL 3)
TVO est en quelque sorte une coopérative qui offre la possibilité à ses sociétaires d'acheter l'électricité au prix de revient, sans les y contraindre (ce qui dément naturellement l'affirmation selon laquelle "l'électricité nucléaire n'est pas compétitive"). Les détenteurs de parts sont aussi bien des électriciens que de gros consommateurs d'électricité. Plus de 50 entreprises participent financièrement à la tranche OL 3.
La tranche OL 3 s'appuie donc sur une base solide d'un point de vue économique et financier. Quelques chiffres:

• - Investissement stratégique sur le long terme, durée d'exploitation: 60 ans

• - Coût total d'investissement: quelque 3 milliards d'euros, y compris les intérêts intercalaires

• - Financement: 20 % de capital propre, apport des détenteurs de parts égal à 5%, crédits à raison de75%

• - Aucun soutien financier de la part du gouvernement

La commande du projet clé en main Olkiluoto 3 a été confiée au consortium regroupant le groupe AREVA et Siemens PG. Ce consortium est dirigé par Framatome ANP, une filiale d'ARE-VA et de Siemens.

• - Prestations de Framatome ANP

  • - Ilot nucléaire complet (chaudière nucléaire et systèmes nucléaires auxiliaires)

  • - Bâtiments pour l'ensemble de l'îlot nucléaire

  • - Responsabilité de la coordination de l'ensemble du projet et des interfaces

  • - Livraison du premier cœur

• - Prestations de Siemens PG

  • - Ilot conventionnel complet

  • - Bâtiments pour l'ensemble de l'îlot conventionnel

• - TVO se réserve les points suivants:

  • - Responsabilité des procédures d'autorisation auprès du gouvernement finlandais et de l'Autorité de sûreté nucléaire (STUK)

  • - Préparation du site et travaux de terrassement

  • - Postes électriques, ouvrages de prise et de rejet d'eau, quais, bureaux et autres bâtiments annexes

2.3 Le calendrier d'OIkiluoto 3 est le suivant:

• - 15 nov. 2000: TVO adresse au gouvernement finlandais une demande de "décision de principe" portant sur un réacteur à eau sous pression ou à eau bouillante, d'une puissance d'environ 1000 à 1600 MW, à installer sur le site de Loviisa ou d'OIkiluoto

• - 17 janvier 2002: "décision de principe" prise par le gouvernement pour la construction d'un cinquième réacteur

• - 24 mai 2002: le parlement finlandais ratifie la "décision de principe"

• - 1^er oct. 2002: appel d'offres international lancé par TVO pour le cinquième réacteur

• - 31 mars 2003: plusieurs constructeurs soumettent leur offre à TVO

• - 15 oct. 2003: TVO sélectionne le consortium Framatome ANP/Siemens comme fournisseur préférentiel, choisit l'option EPR avec un réacteur d'une puissance de 1600 MW et le site d'OIkiluoto (OL 3)

• - 18 déc. 2003: signature du contrat

• - 1^er janvier 2004: entrée en vigueur du contrat

• - 8 janvier 2004: TVO soumet un permis de construire

• - 16 fév. 2004: début des travaux de terrassement

• - printemps 2005: début des travaux

• - 2009: début de la mise en service commerciale

3. Le réacteur nucléaire avancé EPR

Il est désormais d'usage de classer les réacteurs selon leur génération (de I à IV). Les centrales nucléaires actuellement en service (ainsi que quelques-unes plus anciennes) appartiennent à la 2^è génération. Les nouveaux réacteurs développés à partir de la génération II sont classés dans la génération III. Ils se distinguent essentiellement par une sécurité encore accrue et des coûts de production d'électricité bien moindres. L'EPR est un réacteur typique de 3^è génération.
Une génération IV est en cours de développement pour un futur plus lointain. Cette future génération est conçue spécifiquement pour élargir le domaine d'application des réacteurs au-delà de la production d'électricité (par exemple pour la production d'hydrogène dans des processus à haute température) et pour étendre les ressources disponibles (par exemple dans les réacteurs à neutrons rapides).

3.1 Historique de l'EPR

• - L'EPR est le fruit d'une coopération franco-allemande débutée en 1989 avec la création de NPI.

• - Ont participé au développement de l'EPR:

  • - Electricité de France et des électriciens allemands (dont E.ON, EnBW et RWE)

  • - des constructeurs de centrales électriques (Framatome et la division Énergie nucléaire de Siemens, qui depuis, ont fusionné pour devenir Framatome ANP) et

  • - les autorités de sûreté des deux pays.

• - Les autorités de sûreté des deux pays étaient impliquées dans ce processus et ont défini, là où cela était nécessaire, des spécifications communes pour les futures centrales nucléaires, étant donné que l'EPR devait être soumis à une autorisation préalable tant en Allemagne qu'en France.

• - L'EPR prend en considération le cahier des charges "European Utility Requirements" (EUR) et le document "Utility Requirements Document" (URD) de l'institut américain Electric Power Research Institute (EPRI).

L'EPR constitue ainsi une solide base industrielle, créée pour la première fois à une échelle transnationale, pour le développement d'un réacteur avancé s'appuyant sur le savoir-faire technique et les expériences d'exploitation émanant des deux pays.
Une approche évolutionnaire a été adoptée pour pouvoir bénéficier pleinement de l'expérience acquise dans la construction et l'exploitation de réacteurs, non seulement en France et en Allemagne, où l'on compte quelque 1700 années d'exploitation de réacteurs, mais aussi dans le monde entier. Comme le montre ce comparatif, l'EPR est un développement logique des centrales du palier Konvoi en Allemagne et du palier N4 en France.

3.2 Rentabilité et compétitivité
L'étude du Professeur Tarjanne, déjà évoquée, a démontré la compétitivité des centrales nucléaires par rapport à d'autres technologies de production d'électricité dans les conditions d'exploitation d'un producteur d'électricité finlandais.
Les dispositions ci-après ont permis à l'EPR d'être encore plus rentable que les centrales nucléaires de l'ancienne génération:

• - La puissance du réacteur a été augmentée par rapport aux paliers Konvoi et N4, passant à environ 1600 MWe. Il en résulte des coûts de construction spécifiques moindres.

• - La pression côté circuit secondaire a été amenée à 78 bars, ce qui donne, avec une conception de turbine optimisée pour les conditions d'exploitation en Finlande, un rendement de plus de 37% (à notre connaissance, le rendement le plus élevé pour un réacteur à eau légère).

• - Un meilleur taux d'utilisation du combustible, un taux de combustion supérieur à 60 GW j/t, une moindre consommation d'uranium: autant de facteurs qui se traduisent par une réduction des coûts du cycle du combustible.

• - Une maintenance simplifiée: accessibilité, standardisation, travaux de maintenance préventive réalisables pendant l'exploitation

• - Un raccourcissement des durées d'arrêt pour rechargement, donnant une disponibilité accrue

• - Une durée d'exploitation technique prévue pour 60 ans

• - Un délai de construction de 48 mois

Tout cela contribue encore à diminuer les coûts de production d'électricité par rapport aux réacteurs les plus récents actuellement en service.
Les mesures adoptées pour garantir une marche stable aussi longue que possible et sans dysfonctionnement, avec des temps d'arrêt courts, se déclinent comme suit:

• - Campagnes d'irradiation allongées jusqu'à deux ans

• - Courtes durées de rechargement du combustible, même en cas de lourdes interventions de maintenance, entraînant une réduction des temps d'arrêt

• - Taux de disponibilité de la centrale supérieurs à 90%

3.3 Sécurité renforcée par rapport aux réacteurs de 2^è génération
L'EPR répond aux spécifications du document "European Utility Requirements", établi par les électriciens européens.
Les principales fonctions de sécurité sont assurées par des systèmes conçus selon les principes de redondance et de diversité (secours mutuel). Le principe de quadruple redondance (ou redondance "4 trains") s'applique à tous les systèmes de sauvegarde et systèmes auxiliaires afférents. Les risques liés aux défaillances de mode commun, qui pourraient affecter également des systèmes redondants mais techniquement identiques, ont pu être réduits par l'application systématique du principe de diversité fonctionnelle. Si un système redondant tombait totalement en panne, il y aurait toujours un autre système diversifié susceptible de prendre le relais, d'amener le réacteur EPR dans un état d'arrêt sûr et de le refroidir. Les différents trains des systèmes de sauvegarde se trouvent dans quatre bâtiments différents faisant l'objet d'une stricte séparation physique.
Une nouvelle conception de l'enceinte de confinement permet, outre de réduire la probabilité d'un endommagement du cœur, de limiter les conséquences radiologiques d'incidents graves. Cette nouvelle conception assure le maintien de l'intégrité structurelle de l'enceinte en conditions incidentelles et également en cas de risques externes liés à la civilisation. Les événements du 11 septembre 2001 ont eux aussi été pris en compte.
L'enceinte à double paroi est conçue de sorte que toute fuite radioactive est filtrée en toute fiabilité avant un possible échappement.
Dans l'hypothèse d'un accident causant un endommagement du combustible, il ne serait plus nécessaire de faire évacuer la population se trouvant à proximité immédiate du réacteur. Il n'y aurait pas non plus de restrictions à long terme dans la consommation des produits alimentaires, ce qui signifie en fait qu'il n'y a aucune nécessité de relogement permanent.
Les principales caractéristiques de sûreté sont résumées comme suit:

• - Redondance quadruple des systèmes de sauvegarde

• - Enceinte à double paroi avec filtration et évacuation des fuites par le système de ventilation de la zone annulaire

• - Réservoir d'eau interne à l'enceinte

• - Aire d'étalement du cœur fondu

• - Système d'évacuation de la chaleur de l'enceinte

3.4 Contributions à un développement durable

• - Avantages multiples en matière d'exploitation:

  • - la radioprotection des personnels a été améliorée: l'objectif est une dose collective inférieure à 0,4 homme x sievert par réacteur et par an (en comparaison: dans les pays occidentaux, le seuil actuellement applicable est 1 homme x Sv)

  • - l'exploitation génère moins de déchets (radioactifs)

  • - l'interface homme-machine très évoluée ainsi que le système de contrôle-commande simplifié et hautement automatisé réduisent le risque d'erreurs humaines.

• - Meilleur taux d'utilisation des ressources en uranium et moindre production d'actinides par MWh.
  Minimisation de la quantité de déchets à la fin de la durée de vie prise en compte dès la conception

4. Le réacteur EPR Olkiluoto 3 crée des emplois

• - Environ 1000 collaborateurs pour TVO et le consortium, dont 450 chez Framatome ANP

• - Environ 2600 personnes maxi, sur le chantier (pointe au printemps 2006)

• - Volume d'investissements maxi, pour la Finlande (en % du montant des investissements):

  • - 50% du volume total d'investissements, dont

  • - 40% par le consortium

Le volume de commandes induit par la construction (3 milliards d'euros environ) ainsi que la baisse du prix de l'électricité qui résultera de la réalisation de la centrale nucléaire ont permis de gagner le soutien des responsables politiques, des syndicats et de l'industrie. A long terme, l'industrie attend de l'EPR la compétitivité des prix de l'électricité à l'échelle internationale, contribuant ainsi à la sauvegarde des emplois dans l'industrie finlandaise, forte consommatrice d'énergie.