[Série d'été] Canicule, sécheresse, inondations... Le nucléaire face aux aléas climatiques

Au moment où j'écris cet article, EDF envisage l'arrêt de trois réacteurs nucléaires dans la vallée du Rhône en raison du débit insuffisant du fleuve, deux réacteurs de la centrale de Golfech pourraient aussi être mis à l'arrêt parce que la température de la Garonne est trop élevée.
Et voilà comment le sujet de ce deuxième article de ma série estivale sur les impacts du changement climatique dans le secteur électrique s'impose de lui-même...

Cet article fait partie d'une série estivale consacrée aux risques climatiques et à l'adaptation dans le secteur électrique.
Retrouvez tous les articles de cette série ici :


Hausse des températures = baisse du rendement


Le rendement et la disponibilité des centrales nucléaires baisse avec l'augmentation des températures
Depuis quelques années, il est devenu assez fréquent que le fonctionnement de centrales nucléaires soit perturbé par une vague de chaleur. En France en 2018, quatre réacteurs refroidis par le Rhône ont du être mis à l'arrêt pour cette raison, Golfech sur la Garonne n'y a échappé que grâce à une dérogation demandée par RTE au nom de la sécurité de l'approvisionnement en électricité. D'où viennent ces problèmes ?

Le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire est le suivant : une turbine à vapeur entraine un alternateur qui produit de électricité. D'un point de vue thermodynamique, la turbine produit du mouvement à partir de deux températures : une source chaude (le circuit primaire de la centrale, lui-même chauffé par la réaction nucléaire) et une source froide (un fleuve, un océan ou même l'atmosphère).
Sans rentrer dans les détails, la turbine est à peu de chose près une machine de Carnot. Et que nous dit Sadi ? Si on appelle Tc la température de la source chaude en Kelvin (c'est à dire sa température en degrés celsius à laquelle on a ajouté 273.15) et Tf la température de la source froide, le rendement de cette machine est égal à 1 - Tc/Tf.
Pour une centrale nucléaire dont la source chaude est à 300°C environ et la source froide, disons, à 10°C (donc respectivement 573 et 283 degrés Kelvin), le rendement devrait donc être de 50%. En fait il s'agit d'un rendement maximal, très théorique : le rendement d'une turbine réelle est généralement inférieur de l'ordre de 10 points.

On voit un premier effet du réchauffement climatique : si la température de la source froide augmente, le rendement de la centrale va diminuer. Pour la même quantité de combustible nucléaire, on produira donc moins d'électricité. Une augmentation de 1°C, par exemple, entraîne une perte de rendement de l'ordre de 0.1 à 0.2 points.
Cet effet a par exemple été évalué lorsque la Turquie a choisi l'emplacement de sa première centrale nucléaire : en raison de la différence de température entre les deux mers, la production d'électricité d'un réacteur situé sur la cote méditerranéenne sera inférieure d'environ 3% à celle du même réacteur construit sur la Mer Noire.


Les indisponibilités liées à la chaleur : une contrainte d'abord réglementaire


Ce n'est pas négligeable, mais ce n'est certainement une perte de rendement qui oblige EDF à arrêter complètement des réacteurs pendant les vagues de chaleur... En fait la cause de ces arrêts est plus écologique et réglementaire que technique : pour protéger la faune et la flore en aval, les centrales nucléaires ne peuvent pas réchauffer les fleuves autant qu'elles veulent.

En règle générale, les centrales situées sur des cours d'eau ne sont pas autorisées à réchauffer l'eau de plus de 1.5°C et/ou à élever la température de l'eau en aval au-delà de 28°C. Mais ces limites varient pour chaque centrales. Si le sujet vous intéresse, je les ai compilé ici.
En période de forte chaleur, il devient naturellement plus difficile de respecter ces limites. Il peut même arriver que la température en amont soit déjà supérieure à celle qui est autorisée en aval, dans ce cas l'exploitant n'a pas d'autre choix que d'arrêter des réacteurs sauf si le gestionnaire du réseau estime que cela mettrait en danger la sécurité d'approvisionnement et demande une dérogation.

Ce problème est moins sensible lorsqu'il y des tours aéroréfrigérantes. Ces grandes tours hyperboloïdes que nous associons instinctivement aux centrales nucléaires permettent de refroidir une turbine en faisant beaucoup moins appel à de l'eau venant de l'extérieur. Mais tous les réacteurs n'en possèdent pas. En France, Fessenheim, Tricastin, Saint-Alban, Blayais et les réacteurs 2 et 3 de Bugey n'en sont pas dotées et se reposent donc entièrement sur leurs cours d'eau respectifs pour se refroidir. C'est aussi le cas des centrales situées en bord de mer (Flamanville, Paluel, Penly et Graveline) mais évidemment les limites de température qui leur sont imposées sont moins contraignantes.

Les réacteurs atomiques dotés d'aéroréfrigérants sont moins sensibles aux vagues de chaleurs mais consomment plus d'eau
La centrale nucléaire de Cattenom avec ses tours aéroréfrigérantes


Le nucléaire est plus sensible au réchauffement qu'à la chaleur


Il est intéressant de noter que ce n'est pas la chaleur en tant que telle qui pose problème aux centrales nucléaires. Après tout, la centrale en construction de Barakah aux Emirats Arabes Unis va rencontrer régulièrement des températures inconnues sous nos latitudes et utiliser pour se refroidir l'eau du Golfe Persique qui atteint 35°C en été, bien plus que nos fleuves.
Mais c'est possible uniquement parce qu'elle a été conçue pour cela : cette centrale est basée sur celle de Shin-Kori en Corée du Sud qui utilise l'eau déjà chaude de la mer du Japon. Pour être reproduit dans le Golfe, ce projet a été lourdement adapté : condenseurs renforcés, système de mélange de l'eau de refroidissement avec de l'eau de mer avant son rejet afin de limiter l'échauffement à 5°C, brise-lame de 15km pour éviter que l'entrée d'eau soit réchauffée par l'eau rejetée...

En sens inverse, des réacteurs nucléaires soumis à des températures beaucoup plus limitées peuvent être mis en difficulté s'ils n'ont pas été conçues pour : l'année dernière, même des centrales nucléaires suédoises et finlandaises ont rencontré des problèmes...

En bref ce qui pose problème, ce ne sont pas les températures élevées, ce sont des températures plus élevées que celles pour lesquelles l'installation a été conçue. Ce n'est pas la chaleur, c'est le réchauffement.


La sécheresse, problème plus aigu que la température ?


Les sécheresses font baisser le débit des fleuve et s'attaquent au même point faible des installations nucléaires que les fortes chaleurs : le refroidissement.
Sauf que cette fois le problème n'est plus réglementaire mais physique : s'il n'y a plus assez d'eau pour assurer le refroidissement de la turbine celle-ci ne peut tout simplement plus fonctionner, pas d'aménagement possible... Dans un cas extrême, si l'eau venait à manquer pour assurer le refroidissement du réacteur, sa sécurité pourrait être mise en cause.

Les sécheresses posent au moins deux autres problèmes :
  •  la gestion de l'eau : la centrale doit s'entendre avec les utilisateurs de l'eau en amont et en aval (barrages hydroélectriques, agriculteurs, usages domestiques, autres industriels...) de façon à éviter les conflits. Ici l'adaptation au changement climatique du nucléaire peut rencontrer celle de l'hydroélectricité, avec le risque qu'elles soient au moins en partie mutuellement exclusives.
  • l'évacuation des effluents chimiques ou radiologiques : la réglementation impose des concentrations maximale en aval pour les produits dangereux (tritium, iode, détergents...) rejetés par les centrales nucléaires, ces limites sont d'autant plus difficiles à respecter que le débit est faible. Certaines opérations ne sont même autorisées que si le débit du fleuve est supérieur à un certain seuil.
Il est intéressant de noter que les aéroréfrigerants qui permettent de limiter le risque d'indisponibilité liés à la température peuvent devenir problématique en cas de sécheresse, puisque l'eau utilisée pour le refroidissement est évaporée et n'est pas retournée au fleuve. L'adaptation des futures centrales nucléaires fluaviales passent sans doute par un arbitrage sur le risque le plus pressant, température ou sécheresse, pour déterminer s'il faut ou non construire des tours de refroidissement.

Contrairement aux canicules qui ne touchent les installations nucléaires qu'à la marge ou via des contraintes réglementaires toujours aménageables, les sécheresses peuvent remettre directement en cause le fonctionnement des réacteurs. Les deux risques peuvent être associés, auquel cas ils se renforcent mutuellement, mais il existe aussi des sécheresses d'hiver - c'est-à-dire pendant la période où la France consomme le plus d'électricité.
La sécheresse apparaît donc comme un risque plus critique pour l'industrie nucléaire, surtout dans notre pays. Mais il est aussi plus difficile à cerner et beaucoup moins bien documenté. Le 5e rapport du GIEC se contente, par exemple, de le mentionner parmi les "vulnérabilités clés" pour le continent européen mais sans apporter plus de détails.

La centrale nucléaire dans son environnement


Outre les sécheresses et les canicules, d'autres événements climatiques extrêmes peuvent perturber le fonctionnement d'une centrale nucléaire : inondation, tempête, etc. Les îlots nucléaires des centrales font cependant partie des installations les mieux protégées contre les agressions externes et, même s'ils ne sont pas invulnérables, les risques viennent plutôt de leur environnement. Au sein de la centrale, par exemple des équipements moins bien protégés ou les prises d'eau qui peuvent être bouchées par des débris en cas de crues, mais aussi de l'extérieur : réseau électrique, routes, télécommunications, etc.
L'inondation de la centrale de Blayais, dont j'ai parlé dans un article précédent, donne une bonne illustration de ces différentes vulnérabilités.

Un dernier aspect important à prendre en compte lorsque qu'on évalue les vulnérabilité liées à la production d'électricité nucléaire dans le cadre du changement climatique est le risque de défaillance coordonnées.
En France par exemple les centrales nucléaires situées dans un grand sud-est qui irait de Dijon au nord jusqu'à la Méditerranée et de Toulouse à l'ouest jusqu'aux Alpes dépendent toutes d'un seul et unique cours d'eau : le Rhône. Elles sont donc soumises simultanément peu ou prou aux mêmes contraintes hydrologiques et thermiques.
Que se passerait-il si un débit particulièrement bas sur le Rhône obligeait à arrêter non pas 3 réacteurs, comme cela pourrait être le cas ce week-end, mais 6 ou 8 ? Voire la totalité ? Même si des centrales situées en bord de mer ou sur d'autres cours d'eau pouvait prendre le relais, le réseau électrique serait-il en mesure d'acheminer cette électricité ? Cela ne semble pas évident et, à ma connaissance, ce risque n'a pas été évalué.

Ce n'est pas une surprise : le nucléaire est, avec les fossiles, l'énergie dont la vulnérabilité au changement climatique a été la moins bien étudiée. Et contrairement aux énergies fossiles, l'energie atomique n'est pas censée être sur le point de disparaître...
Le nucléaire est actuellement la deuxième source d'électricité décarbonée de la planète et souvent présenté comme une solution pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et lutter contre le changement climatique. Le publications dans ce sens abondent et le peu de place qu'elles accordent à l'évaluation des risques climatiques et des mesures d'adaptation nécessaires pour assurer le bon fonctionnement des centrales nucléaires existantes et futures est préoccupant.



Publié le 19 juillet 2019 par Thibault Laconde

Illustrations : Rolsav [CC BY-SA 3.0], Stefan Kühn [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons



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1 commentaire :

  1. c'est l'avidité de l'homme qui engendre les problemes de rechauffement climatique, la course de l'armement être fort. l'homme mortel est telemment compliqué

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