Le nucléaire est-il flexible ?

A votre avis, un réacteur nucléaire c'est comme une bonne vieille ampoule à filament : soit allumé soit éteint ? Ou est-ce que ça ressemble plutôt à ces lampadaires halogènes dont on peut régler l'intensité lumineuse ?
La question vous parait farfelue ? Et pourtant : ces temps-ci, la flexibilité du nucléaire est un des sujets de débats favoris des pro- et des anti-nucléaires.

Tout semble être parti d'un petit film diffusé par EDF pendant la COP21 et mettant en scène des centrales nucléaires "manœuvrantes", c'est-à-dire capables d'adapter rapidement leur production électrique. Cette vidéo d'une minute à peine est régulièrement réutilisées par EDF. Ce qui ne manque pas de susciter la fureur des opposants à l'atome, ceux-ci contestant de façon véhémente l'idée que le nucléaire puisse faire preuve de la moindre flexibilité.

Alors qu'en est-il vraiment ?

(Attention : cet article est long et un peu technique. Si seule la réponse vous intéresse, cliquez ici pour la découvrir tout de suite).

Pourquoi s'intéresser à la flexibilité du nucléaire ?

Comme pour toute bonne dissertation de philosophie, commençons par nous interroger sur le sujet : pourquoi s'intéresser à la flexibilité des centrales nucléaires ?

Comme souvent, il faut revenir à cette règle fondamentale du réseau électrique : la production d'électricité doit toujours être égale à la consommation.

C'est le rôle du gestionnaire du réseau d'assurer en permanence un équilibre entre les deux membres de cette égalité, sachant que l'un et l'autre varient de façon prévisible (si la météo annonce une baisse de température, par exemple, la consommation va augmenter) ou non (ex : l'arrêt inopiné d'une centrale entraîne une baisse de la production). Ce qui lui simplifierait beaucoup le travail, ce serait des centrales électriques capables de démarrer instantanément et d'ajuster leurs productions à la hausse comme à la baisse à la moindre demande.
Malheureusement, cette centrale parfaitement manœuvrable n'existe pas. Mais les turbines à gaz (en particulier à cycle ouvert) et les barrages hydroélectriques se rapprochent de cet idéal. Le solaire photovoltaïque et l'éolien en sont eux à l'exact opposé puisque la production dépend de facteurs extérieurs sur lesquels nous n'avons aucune prise. Entre les deux c'est une affaire de gradation.

Avec l'impératif de réduction des émissions de gaz à effet de serre, la manœuvrabilité devient une contrainte majeure. L'énergie nucléaire et les renouvelables sont les deux seules options dont nous disposons pour produire de l'électricité sans dioxyde de carbone. On pourrait donc imaginer un mix électrique basé sur ces deux énergies, sauf que...
Sauf que si le nucléaire n'est pas assez flexible, il ne peut pas fonctionner en couple avec les renouvelables qui elles ne le sont pas du tout. Au moins aussi longtemps qu'on ne dispose pas de capacités de stockage massives et/ou d'un système bien plus efficace pour maîtriser la demande.

Les partisans de l'atome placent beaucoup d'espoir dans la lutte contre le changement climatique. Il est donc vital pour eux de lever ce doute : si il ne peut pas travailler avec les renouvelables, le nucléaire, qui est plus cher, plus complexe à construire et moins populaire, risque fort de rester sur le bas-coté de la transition climatique.
En sens inverse, les opposants veulent montrer que le nucléaire empêche le développement des renouvelables dans l'espoir de prouver que, paradoxalement, cette énergie décarbonnée retarde la baisse des émissions dans le secteur électrique.

Techniquement : délicat mais pas impossible

Moduler la puissance d'un réacteur nucléaire n'est clairement pas une chose aisée. Tout l'enjeu de la conception d'un réacteur est de parvenir à équilibrer la réaction de fission, en évitant qu'elle s'éteigne si les atomes en se brisant ne créent pas assez de neutrons pour causer la prochaine fission ou pire qu'elle s'emballe s'ils en produisent trop. Modifier ce point d'équilibre est donc délicat.
Délicat mais pas impossible : on peut ralentir la réaction en introduisant dans le coeur du réacteur un neutrophage, c'est-à-dire un matériaux qui a la capacité d'absorber des neutrons et donc de les retirer de la réaction nucléaire. En général, il s'agit de bore que l'on met dans le réacteur soit sous forme d'acide borique dans l'eau du circuit primaire, soit grâce à des barres de bore que l'on peut plonger ou retirer du réacteur.

Ces manoeuvres ont cependant des effets secondaires désagréables, par exemple :

• Une usure plus rapide des mécanismes sollicités comme le système de contrôle des barres de bore (qui est vital pour la sécurité puisque les barres de bore servent avant tout de frein d'urgence : en cas de problème, on les laisse tomber dans le coeur du réacteur ce qui a pour effet d'arrêter instantanément la réaction),
• De fortes variations de température dans le réacteur, ce qui entraîne des contraintes mécaniques importantes, pouvant par exemple conduire à des fissures dans les pastilles combustibles,
• L'apparition de produits de fissions indésirables (comme le xénon).

Pour plus de détails à ce sujet voyez cette étude (chp 3 à partir de la page 27).

L'un dans l'autre, ces effets limitent la possibilité de moduler la puissance du réacteur, cela devient plus difficile par exemple quand le combustible est usé. Ils ont aussi des conséquences sur la disponibilité (de l'ordre de 1.2% ?), le coût d'exploitation et la durée de vie du réacteur... Ces effets  ne sont pas encore entièrement connus et quantifiés, si vous êtes intéressé EDF cherchait récemment un stagiaire pour travailler là-dessus.

Économiquement, c'est une autre affaire

Il existe une bonne raison pour que la flexibilité du nucléaire ait été peu étudiée : ce n'est pas la façon dont l'atome a été utilisé jusqu'à présent, un réacteur apparaissant au contraire comme l'archétype d'une centrale "de base" destinée à fonctionner presque en permanence et à charge quasi-constante.

Pourquoi ? Parce que même si techniquement, un réacteur nucléaire peut faire varier sa production de façon à suivre la demande, économiquement ça n'a pas de sens. En effet, l'énergie nucléaire se caractérise par des coûts fixes massifs et des coûts variables faibles. Pour rentabiliser les investissements initiaux, il faut produire le plus possible, idéalement tout le temps et à pleine charge.
En particulier, les exploitants des centrales ont intérêt à limiter l'installation d'énergies renouvelables qui bénéficient en général d'une priorité d'accès au réseau si cela risque de les obliger à réduire leurs production.

Ce n'est pas le cas pour les centrales thermiques dont les coûts initiaux sont plus faibles mais qui ont des coûts variables importants en raison du combustible brûlé. Contrairement aux réacteurs nucléaires, leur survie n'est donc pas forcément suspendue à une production importante.

Qu'en est-il en pratique ?

Puisqu'il existe peu de certitudes sur la flexibilité du nucléaire. Pourquoi ne pas regarder ce qui se passe dans ce grand laboratoire de l'atome qu'est la France ?

Les chiffres de RTE prouvent sans ambiguïté que les réacteurs français modulent quotidiennement leur production dans une marge de l'ordre de 10% en dessous de leurs puissance nominale. Certains d'entre eux la font, en plus, varier de façon beaucoup plus importante mais c'est un peu moins fréquent.
C'est ce que montre le graphique ci-dessous qui représente la production des réacteurs français pendant 2 semaines de 2017 :

On voit notamment que la production nucléaire a été réduite les dimanches 12 et 19 mars pour s'adapter à une demande plus faible. On observe aussi des baisses sur certaines périodes où la production éolienne a été bonne, comme le 18.

> Pour une analyse beaucoup plus complète de ces chiffres, je vous invite à consulter cet article.

Cela ne fait quand même pas des réacteurs nucléaires les champions de la manoeuvrabilité, loin de là... La comparaison avec une centrale à gaz est éclairante :

Sans surprise, la production du réacteur nucléaire et de la turbine à gaz sont varient de façon assez similaire, mais le gaz permet de descendre et de monter beaucoup plus souvent et beaucoup plus rapidement.

Si on se réfère à la pratique actuelle, les réacteurs nucléaires français peuvent donc ajuster leurs production à la baisse mais cette flexibilité est limitée ou peu exploitée.

En conclusion

La réponse est donc mitigée... Oui, le nucléaire dispose d'une certaine flexibilité. Mais son utilisation systématique poserait des problèmes techniques et économiques, donc oui aussi, un parc nucléaire disproportionné peut limiter l'intégration des énergies renouvelables intermittentes.
Dans le cas de la France, une étude de 2009 (citée par ce rapport mais que je n'ai malheureusement pas pu retrouver) estime que le parc nucléaire actuel peut s'accommoder sans problème de 25GW d'éolien mais qu'ensuite des problèmes techniques et économiques pourraient se poser... Comme Emmanuel Macron a promis un doublement des capacité éoliennes, on devrait s'approcher de ce seuil à la fin du quinquennat. Le problème est donc bien d'actualité.

Deux remarques en guise de conclusion de cette conclusion, et après promis je vous lâche :

1. Je ne crois pas que la manœuvrabilité limitée puisse en soi disqualifier le nucléaire. En fait, pris seul, cet argument me semble souvent tautologique : il faut baisser le nucléaire pour développer les renouvelables, et développer les renouvelables pour pouvoir baisser le nucléaire... CQFD.
   Ce sujet ne devient sérieux que si il existe une raison indépendante que les renouvelables se développent au détriment du nucléaire (ce qui est le cas à mon avis puisque le parc nucléaire français vieilli et va devoir être remplacé).
2. Une autre façon de formuler ce problème pourrait être : à puissance installée équivalente, on pourra intégrer plus de capacités renouvelables dans un mix électrique dominé par le gaz, et dans une moindre mesure par le charbon, que dans un mix électrique basé sur le nucléaire.
   La discussion est donc en réalité très franco-française puisque nous sommes (avec une poignée d'ex-républiques soviétiques) le seul pays dont la production d'électricité dépend majoritairement du nucléaire. Il serait par exemple complètement faux de dire que la fermeture des centrales nucléaires a facilité l'intégration des renouvelables sur le réseau électrique allemand.

Publié le 12 octobre 2017 par Thibault Laconde

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