L'énergie nucléaire américaine est-elle la réponse au changement climatique?
(Les chiffres hors États-Unis sont ceux de 2014. Les derniers chiffres sont indisponibles.)
La direction des États-Unis venait de son rôle historique de pionnier du développement de l'énergie nucléaire. Le premier réacteur commercial à eau pressurisée, Yankee Rowe, a été mis en service en 1960 et a fonctionné jusqu'en 1992. (Source: «Nuclear Power aux États-Unis», World Nuclear Association, avril 2017.)
Centrales nucléaires
Il y a 99 centrales nucléaires en activité dans trente états. La plupart sont situées à l'est du fleuve Mississippi (voir la carte). Ils génèrent environ 40 à 50 milliards de dollars chacun dans les ventes d'électricité et créent plus de 100 000 emplois. Chaque dollar dépensé par le réacteur moyen génère 1,87 $ dans l'économie américaine. (Source: «Les avantages économiques de l'énergie nucléaire», Institut de l'énergie nucléaire, avril 2014.)
Les centrales nucléaires américaines ont généré 19,7% des 4,079 billions de kWh de la production totale d'électricité aux États-Unis en 2016. Elles étaient en deuxième position derrière le charbon (30%) et le gaz naturel (34%).
Il est supérieur à l'hydroélectricité (6,5%) et à d'autres sources alternatives, y compris l'énergie éolienne (8,4%).
Il existe également 36 réacteurs d'essai dans les universités de recherche (voir la carte). Ils sont utilisés pour créer de petites quantités de rayonnement pour les expériences. C'est là que les scientifiques étudient les neutrons et autres particules subatomiques, examinent les composants automobiles et médicaux et apprennent à mieux traiter le cancer.
(Source: «Document d'information sur les réacteurs de recherche et d'essai», NRC, 18 août 2011.)
Comment fonctionne l'énergie nucléaire?
Toutes les centrales électriques chauffent l'eau pour produire de la vapeur, ce qui transforme un générateur pour créer de l'électricité. Dans les centrales nucléaires, cette vapeur est produite par la chaleur produite par la fission nucléaire. C'est quand un atome est divisé, libérant d'énormes quantités d'énergie sous forme de chaleur.
L'uranium 235 est utilisé comme combustible car il se décompose facilement lorsqu'il entre en collision avec un neutron. Une fois que cela se produit, les neutrons de l'uranium lui-même commencent à entrer en collision avec ses autres atomes. Cela commence une réaction en chaîne. C'est pourquoi les bombes nucléaires sont si puissantes.
Dans un générateur nucléaire, la réaction en chaîne est contrôlée par des tiges spéciales qui absorbent les neutrons excédentaires sans danger. Ces barres de contrôle sont placées à côté des barres de combustible, qui contiennent des pastilles de combustible d'uranium. Plus de 200 de ces tiges sont regroupées dans ce qu'on appelle un assemblage de combustible. Lorsque les ingénieurs veulent ralentir le processus, ils abaissent plus de barres de contrôle dans l'assemblage. Quand ils veulent plus de chaleur, ils soulèvent les tiges. (Source: "Comment fonctionnent les centrales nucléaires?" Duke Energy.)
Les États-Unis ont deux types de centrales nucléaires. Il y a 65 réacteurs à eau pressurisée et 34 réacteurs à eau bouillante.
Ils diffèrent dans la façon dont la chaleur est transférée du réacteur au générateur.
Les réacteurs à eau sous pression utilisent une pression élevée pour maintenir l'eau dans le réacteur à l'ébullition. Cela lui permet de chauffer à des niveaux super-élevés. La chaleur est ensuite transférée à travers des tuyaux vers un récipient séparé d'eau dans le générateur. Il crée la vapeur qui entraîne la turbine électrique. L'eau du réacteur revient ensuite à réchauffer. La vapeur de la turbine est refroidie dans un condenseur. L'eau qui en résulte est renvoyée au générateur de vapeur. Voici une version animée d'un réacteur à eau pressurisée.
D'autre part, les réacteurs à eau bouillante utilisent de l'eau bouillante pour créer directement la vapeur nécessaire à l'entraînement du générateur. Voici une version animée du réacteur à eau bouillante.
Le plus important est que tout le processus se déroule dans un environnement confiné afin de protéger le monde extérieur de toute contamination.
Les centrales peuvent être refroidies et même arrêtées rapidement. (Source: "Comment fonctionne l'énergie nucléaire?", UNAE.)
Avantages
Les centrales nucléaires n'émettent pas de gaz à effet de serre, contrairement au charbon et au gaz naturel.
Ils créent 0,5 emploi pour chaque mégawattheure (mWh) d'électricité produite. Ceci est comparé à 0,19 emplois dans le charbon, 0,05 emplois dans les centrales au gaz et 0,05 dans l'énergie éolienne. La seule autre source d'énergie qui crée plus d'emplois / mWh est le solaire photovoltaïque, à 1,06 emplois / mWh. (Source: «Les avantages économiques de l'énergie nucléaire», Institut de l'énergie nucléaire, avril 2014. )
Pendant des décennies, l'énergie nucléaire a eu les coûts d'exploitation les moins chers. À 1,87 cent / kWh (chiffres de 2008), cela représente 68% du coût du charbon. Et jusqu'à récemment, c'était seulement 25% du coût du gaz naturel.
Les craintes au sujet du réchauffement climatique ont empêché la construction de nouvelles centrales électriques au charbon. En conséquence, de 1992 à 2005, environ 270 000 mégawatts d'énergie ont été construits dans de nouvelles centrales à gaz. À l'époque, ces usines semblaient avoir le plus faible risque d'investissement. Par conséquent, seulement 14 000 MWe de nouvelles centrales nucléaires et à charbon ont été mises en service. Il a contribué à faire grimper les prix du gaz naturel, forçant les grands utilisateurs industriels à l'étranger et poussant les coûts de l'électricité au gaz à 10 cents / kWh.
Désavantages
Il y a deux énormes inconvénients à l'énergie nucléaire, grâce à la nature radioactive de sa source d'énergie.
1. Un accident à l'usine pourrait libérer des matières radioactives dans l'environnement sous forme de panache (formation de type nuage) de gaz et de particules radioactifs. Ces particules sont ensuite inhalées ou ingérées par les personnes et les animaux ou déposées sur le sol. Les particules sont composées d'atomes instables qui dégagent une énergie excessive, appelée radiation, jusqu'à ce qu'ils deviennent stables. À faibles doses, le rayonnement est inoffensif. Cependant, après une fusion nucléaire, les fortes doses détruisent les cellules vivantes et peuvent provoquer des mutations, des maladies et la mort.
L'impact potentiel d'une fusion nucléaire peut être catastrophique, comme on l'a vu à Tchernobyl et à Fukushima , même si les chances qu'un tel incident se produise soient rares. La seule catastrophe nucléaire américaine a eu lieu à Three Mile Island en 1979 lorsque les barres de combustible radioactif ont partiellement fondu. Seule une petite quantité de gaz radioactif a été libérée. Il n'y avait pas d'effets mesurables sur la santé. Néanmoins, aucune nouvelle centrale nucléaire n'a été construite depuis 30 ans.
Près de trois millions d'Américains vivent dans les 10 miles d'une usine en exploitation. Ils risquent une exposition directe aux rayonnements en cas d'accident. Si vous êtes l'une de ces personnes, voici comment vous préparer à un accident.
2. L' élimination des déchets nucléaires est un énorme désavantage. Les déchets de faible activité proviennent du contact avec le combustible nucléaire dans les opérations quotidiennes. Il est éliminé sur place ou envoyé à une installation de gestion des déchets de faible activité dans l'un des 37 états. (Source: «Déchets de faible activité», Nuclear Regulatory Commission des États-Unis.)
Les déchets de haute activité sont constitués de combustible usé. Il faut des centaines de milliers d'années pour se désactiver. À l'heure actuelle, 70 000 tonnes de ce carburant sont stockées dans les centrales électriques elles-mêmes. (Source: "Faff and Fallout", The Economist, 29 août 2015.)
Dans la Nuclear Policy Policy Act de 1982, le Congrès a demandé à la Nuclear Regulatory Commission des États-Unis de concevoir, construire, exploiter et finalement déclasser un dépôt géologique permanent pour l'élimination des déchets de haute activité à Yucca Mountain, au Nevada.
Les fonctionnaires locaux ne veulent pas le danger dans leur état. Ils ont retardé son développement jusqu'en 2013 lorsque le NRC a gagné son procès devant la Cour d'appel américaine. En 2015, le CNRC a terminé une évaluation de la sécurité et a commencé à travailler sur une étude d'impact environnemental. (Source: «Élimination des déchets de haute activité», US Nuclear Regulatory Commission.)
L'avenir de l'énergie nucléaire américaine
La demande annuelle d'électricité aux États-Unis devrait augmenter de 28% d'ici 2040. Avec la hausse des prix du pétrole et du gaz et les préoccupations concernant le réchauffement climatique, l'énergie nucléaire a de nouveau semblé attrayante. À la fin des années 1990, l'énergie nucléaire était considérée comme un moyen de réduire la dépendance à l'égard du pétrole et du gaz importés. Ce changement de politique a ouvert la voie à une croissance significative de la capacité nucléaire.
La loi de 2005 sur la politique énergétique a prévu des incitations financières pour la construction de centrales nucléaires avancées. Trois initiatives réglementaires ont également facilité le processus:
- Un processus de certification de conception rationalisé.
- La provision pour les permis de site précoce.
- La combinaison du processus de licence de construction et d'exploitation.
Depuis 2007, les entreprises ont demandé 24 licences pour de nouveaux réacteurs nucléaires. Il y a quatre nouvelles usines en construction. Westinghouse en construit deux en Géorgie et deux en Caroline du Sud. (Source: "Westinghouse achète l'unité nucléaire de CB & I", The Wall Street Journal, 29 octobre 2015)
D'un autre côté, la fracturation du pétrole de schiste domestique et du gaz naturel a fait du gaz une alternative abordable à la modernisation des anciennes centrales nucléaires. En conséquence, quatre usines ont fermé au cours des deux dernières années. Maintenir les anciennes centrales nucléaires en exploitation coûte plus cher que de construire de nouvelles centrales au gaz. C'est encore plus cher que de remettre à neuf les centrales au charbon au gaz naturel.
Par conséquent, l'avenir de l'expansion de l'énergie nucléaire en Amérique dépend des prix du gaz naturel. Si elles se relèvent et restent élevées, attendez-vous à retourner à la production d'énergie nucléaire. (Source: «Un autre réacteur ferme, ponctuant la nouvelle réalité pour le nucléaire américain», National Geographic, 1er janvier 2015)