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Résumé
L’énergie nucléaire joue un rôle essentiel dans la production durable d’électricité et l’absence totale d’émissions, en contribuant de manière significative à cette voie sûre. La capacité de production d’énergie nucléaire devrait doubler, passant de 413 gigawatts (GW) début 2022 à 812 GW d’ici 2050 dans le cadre du paradigme des émissions nettes zéro (ENZ). Le paysage énergétique mondial est en pleine mutation, les nations s’efforçant de passer à des systèmes énergétiques plus durables. Dans ce contexte, l’énergie nucléaire s’est imposée comme une composante essentielle de la transition vers une énergie durable. Cette étude examine le rôle multiforme de l’énergie nucléaire dans l’élaboration d’une transition énergétique durable. Elle examine les contributions de l’énergie nucléaire aux efforts de décarbonisation, en soulignant sa capacité à fournir de l’électricité à faible teneur en carbone et son rôle potentiel dans l’atténuation du changement climatique. En outre, l’étude explore les défis et les opportunités associés à l’intégration de l’énergie nucléaire dans les stratégies de transition énergétique, en abordant des questions telles que la sécurité, la gestion des déchets et la perception du public. En conclusion, la capacité mondiale d’énergie nucléaire devrait atteindre environ 530 GW d’ici à 2050, ce qui représente un déficit important de 35 % par rapport à la trajectoire décrite dans le scénario ENZ. Dans le scénario ENZ, l’énergie nucléaire connaît une expansion exceptionnelle, doublant presque de 413 GW au début de 2022 à 812 GW en 2050. Parallèlement, la trajectoire met en évidence une évolution transformatrice des investissements dans les énergies renouvelables, avec des dépenses annuelles passant d’une moyenne de 325 milliards de dollars US au cours de la période 2016-2020 à un montant impressionnant de 1,3 billion de dollars US entre 2031 et 2035. Ces projections soulignent le rôle essentiel des investissements dans le nucléaire et les énergies renouvelables pour atteindre les objectifs mondiaux de durabilité et de réduction des émissions.
Introduction
Le réchauffement climatique et les émissions de gaz à effet de serre constituent l’un des défis les plus pressants du 21e siècle. La combustion de combustibles fossiles pour la production d’électricité contribue largement à ces problèmes, en libérant chaque année des milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère (Abbasi et al., 2020 ; Nassar et al., 2024 ; Rekik et El Alimi, 2024a). Dans ce contexte, l’énergie nucléaire apparaît comme un élément essentiel de la solution. Contrairement aux combustibles fossiles, l’énergie nucléaire produit de l’électricité avec un minimum d’émissions de gaz à effet de serre, offrant ainsi une alternative fiable et évolutive pour combler le fossé entre la demande d’énergie et les objectifs de décarbonisation. Elle fonctionne indépendamment des conditions météorologiques, fournissant une production d’énergie constante et complétant l’intermittence des sources renouvelables telles que le vent et le soleil (Rekik et El Alimi, 2024b, 2024c). En outre, les progrès des technologies nucléaires, notamment les petits réacteurs modulaires (SMR) et les réacteurs de génération IV, ont permis de répondre aux préoccupations historiques liées à la sécurité, à la gestion des déchets et à la rentabilité (Lau et Tsai, 2023).
En 2022, les investissements mondiaux dans les carburants à faibles émissions maintiendront une trajectoire de croissance robuste, atteignant un montant de 13 milliards de dollars US. Une part importante de ces investissements a été allouée aux biocarburants liquides, pour un total de 9,4 milliards de dollars, et au biogaz, pour un montant de 2,7 milliards de dollars. Il est important de souligner que les biocarburants liquides ont constitué environ 80 % de la hausse globale des investissements observée en 2022, les investissements dans le biogaz contribuant à hauteur de 4 % du total. La part résiduelle de l’investissement a été dirigée vers la production d’hydrogène à faibles émissions, qui a atteint un montant de 1,2 milliard de dollars US en 2022, soit une augmentation de près de quatre fois par rapport aux chiffres enregistrés en 2021 (Khaleel et al., 2024).
L’énergie nucléaire est une composante essentielle de l’énergie à faible teneur en carbone, qui contribue de manière significative à la réalisation d’une économie à faible teneur en carbone et à la mise en place d’un réseau énergétique vert (Arvanitidis et al., 2023 ; El Hafdaoui et al., 2024 ; Fragkos et al., 2021). Selon les données actuelles, 442 réacteurs nucléaires sont opérationnels dans le monde, produisant collectivement 393 gigawatts (GW) d’électricité, fournissant ainsi une source constante et fiable d’énergie à faible teneur en carbone (Mathew, 2022). L’électricité nucléaire représente environ 11 % de la production totale d’électricité dans le monde, soit une part importante de la production mondiale d’électricité à faible émission de carbone (Alam et al., 2019). Les progrès récents ont rendu l’énergie nucléaire plus abordable et plus attrayante en tant que source d’énergie alternative. Ces progrès concernent les technologies des grands réacteurs, l’émergence de nouvelles approches telles que l’utilisation avancée du combustible et les réacteurs à neutrons rapides, les percées techniques facilitant l’extension de la durée de vie opérationnelle des réacteurs existants, ainsi que les innovations dans la science des matériaux et l’amélioration des pratiques de gestion des déchets (Kröger et al., 2020 ; Zhan et al., 2021). La technologie des réacteurs à neutrons rapides est entrée dans le domaine commercial, offrant des avantages allant au-delà de la production d’électricité en permettant la production de combustible excédentaire et en améliorant l’efficacité de l’incinération des déchets nucléaires, dépassant ainsi les capacités des technologies des réacteurs commerciaux existants (Lau et Tsai, 2023).
L’énergie nucléaire joue un rôle important dans le cadre d’une trajectoire mondiale sûre visant à atteindre des émissions nettes nulles (Addo et al., 2023 ; Dafnomilis et al., 2023). La capacité de production d’énergie nucléaire est multipliée par deux, passant de 413 GW au début de 2022 à 812 GW d’ici à 2050 dans le cadre du paradigme ENZ. Il est évident que les ajouts annuels à la capacité nucléaire ont culminé à 27 GW par an au cours des années 2030, dépassant les niveaux observés au cours de la décennie précédente. Malgré ces progrès, la part mondiale de l’énergie nucléaire dans le portefeuille global de production d’électricité a connu un déclin marginal, s’établissant à 8 % (Murphy et al., 2023 ; Ruhnau et al., 2023). Les économies émergentes et en développement (EED) dominent largement la croissance mondiale, constituant plus de 90 % de l’ensemble, la Chine étant sur le point de devenir un producteur d’énergie nucléaire de premier plan avant 2030. Parallèlement, les économies avancées enregistrent collectivement une augmentation de 10 % de la capacité de production d’énergie nucléaire, les mises hors service étant contrebalancées par la mise en service de nouvelles installations, principalement observée dans des pays comme les États-Unis, la France, le Royaume-Uni et le Canada (Bórawski et al., 2024). En outre, l’investissement mondial annuel dans l’énergie nucléaire a connu une escalade notable, passant de 30 milliards de dollars US tout au long des années 2010 à plus de 100 milliards de dollars US d’ici 2030, et maintenant une trajectoire robuste au-dessus de 80 milliards de dollars US d’ici 2050 (AIE, 2022).
En 2022, la capacité mondiale d’énergie nucléaire a connu une augmentation modeste d’environ 1,5 GW, reflétant une croissance marginale de 0,3 % en glissement annuel. Cette expansion est principalement due à de nouvelles capacités qui ont dépassé la mise hors service de plus de 6 GW de capacité existante (Fernández-Arias et al., 2023 ; Mendelevitch et al., 2018). Les EED ont représenté environ 60 % des nouvelles capacités, ce qui souligne leur importance croissante dans le paysage mondial de l’énergie nucléaire. À l’inverse, plus de la moitié des mises hors service ont été observées dans les économies avancées, notamment en Belgique, au Royaume-Uni et aux États-Unis. Le tableau 1 montre la capacité de production d’énergie nucléaire par région dans les ENZ de 2018 à 2030.
Conformément au scénario Net Zero, il est impératif que la capacité nucléaire mondiale connaisse une expansion moyenne d’environ 15 GW par an, soit un taux de croissance légèrement supérieur à 3 % par an, jusqu’en 2030. Cette augmentation stratégique est cruciale pour maintenir la contribution du secteur nucléaire à la production d’électricité, en maintenant sa part à environ 10 % (Liu et al., 2023). Une telle expansion nécessite des efforts concertés tant dans les économies avancées que dans les pays émergents. En outre, donner la priorité à la prolongation de la durée de vie des installations nucléaires existantes dans les États membres du G7 permettrait non seulement de renforcer l’infrastructure existante à faibles émissions, mais aussi de faciliter l’intégration de nouvelles capacités nucléaires, augmentant ainsi le portefeuille global d’énergie nucléaire.
La contribution significative de l’énergie nucléaire aux transitions énergétiques durables est soulignée par le rôle multiforme qu’elle joue pour relever les défis pressants du changement climatique et de la sécurité énergétique (Asif et al., 2024). Alors que les nations du monde entier s’efforcent de passer à des systèmes énergétiques plus écologiques, l’énergie nucléaire s’est imposée comme un pilier essentiel de la décarbonisation. Sa capacité à fournir de l’électricité à faible teneur en carbone, à atténuer les effets du changement climatique d’ici à 2050 et à renforcer la sécurité énergétique souligne son importance cruciale dans le contexte plus large des transitions énergétiques durables (Bhattacharyya et al., 2023 ; NEA, 2015). Ainsi, pour réaliser pleinement son potentiel, des défis tels que la sécurité, la gestion des déchets et la perception du public doivent être relevés de manière efficace. En s’appuyant sur des cadres politiques solides, des avancées technologiques et une collaboration internationale, l’énergie nucléaire est prête à jouer un rôle essentiel dans l’élaboration de l’avenir des transitions énergétiques durables à l’échelle mondiale. En outre, le paysage dynamique du développement de l’énergie nucléaire est évident dans l’influence significative exercée par les EED, en particulier la Chine, qui devrait devenir un producteur d’énergie nucléaire de premier plan d’ici 2030 (Fälth et al., 2021 ; Nkosi et Dikgang, 2021). Parallèlement, les économies avancées connaissent une expansion notable de leur capacité de production d’énergie nucléaire, grâce à la mise en service de nouvelles installations destinées à compenser les départs à la retraite (Budnitz et al., 2018). Cette tendance est encore renforcée par une augmentation notable des investissements mondiaux annuels dans l’énergie nucléaire, soulignant l’engagement soutenu en faveur du rôle central de l’énergie nucléaire dans les transitions énergétiques durables dans un avenir prévisible (AIE, 2019).
L’objectif premier de cet article est d’explorer le rôle stratégique de l’énergie nucléaire dans la réalisation des objectifs mondiaux de développement durable et dans l’atteinte de l’objectif « zéro émission ». Cet objectif s’articule autour des grands axes suivants :
-L’énergie nucléaire : importance et source d’électricité verte
-Le rôle de l’énergie nucléaire dans la réalisation de l’objectif zéro d’ici 2050
-L’importance de l’énergie nucléaire pour l’adéquation du système électrique
-Technologies spécifiques pour la durabilité de la production d’énergie nucléaire
-Investissements dans l’énergie nucléaire
-Les implications politiques
Cette analyse complète vise à fournir des éléments concrets pour exploiter l’énergie nucléaire dans la production d’électricité durable et sur son rôle essentiel dans la réalisation des objectifs mondiaux de zéro émission.
Données et méthodologie
Cet article analyse en profondeur le rôle de l’énergie nucléaire dans la production d’électricité durable et dans la réalisation des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Il aborde également le potentiel de l’énergie nucléaire en tant que source d’électricité de premier plan et favorable à l’environnement, en examinant la contribution de l’énergie nucléaire à l’objectif de zéro net d’ici 2050, son importance cruciale pour assurer la fiabilité du système électrique, les impératifs d’investissement et les implications politiques plus larges.
Énergie nucléaire : importance et source d’électricité verte
En 2020, l’énergie nucléaire représentera environ 10 % du portefeuille mondial de production d’électricité. Cette proportion, qui était de 18 % à la fin des années 1990, a connu un déclin ; néanmoins, l’énergie nucléaire reste le deuxième fournisseur d’électricité à faibles émissions, derrière l’hydroélectricité, et constitue la principale source d’énergie dans les économies avancées. Malgré la prolifération importante des technologies éoliennes et solaires photovoltaïques, la production d’électricité nucléaire en 2020 a dépassé la production globale de ces sources renouvelables. En 2021, la capacité nucléaire installée cumulée dans le monde atteignait 413 GW, dont 270 GW dans les économies avancées (Guidi et al., 2023 ; Halkos et Zisiadou, 2023 ; Pan et al., 2023 ; Zhang et al., 2022). La production d’électricité nucléaire au cours de cette période s’est élevée à 2653 TWh, ce qui en fait la deuxième source de production d’électricité après l’hydroélectricité, qui a produit 4275 TWh, comme le montre la figure 1.
Outre son rôle important dans la production d’électricité, l’énergie nucléaire joue un rôle crucial dans l’atténuation des émissions de dioxyde de carbone (CO2). Depuis les années 1970, l’énergie nucléaire a permis d’éviter le rejet d’environ 66 gigatonnes (Gt) de CO2 dans le monde, comme le montre la figure 2.
Sans la contribution de l’énergie nucléaire, les émissions cumulées liées à la production d’électricité auraient augmenté d’environ 20 %, tandis que les émissions totales liées à l’énergie auraient augmenté de 6 % au cours de cette période (Wagner, 2021). Les économies avancées sont à l’origine de plus de 85 % de ces émissions évitées, l’Union européenne représentant 20 Gt et les États-Unis 24 Gt, soit respectivement plus de 40 % et 25 % des émissions totales liées à la production d’électricité. En l’absence d’énergie nucléaire, le Japon aurait connu une augmentation des émissions liées à la production d’électricité estimée à 25 %, tandis que la Corée et le Canada auraient connu une augmentation d’environ 50 %.
Le rôle du nucléaire dans la réalisation de l’objectif « zéro émission » d’ici à 2050
L’énergie nucléaire s’est imposée comme une technologie centrale à faibles émissions dans le cadre de la trajectoire visant à atteindre les ENZ (Pioro et al., 2019). En outre, elle sert de force complémentaire, soutenant l’expansion accélérée des énergies renouvelables, facilitant ainsi la réduction des émissions du secteur mondial de l’électricité à zéro net d’ici 2040 (Krūmiņš et Kļaviņš, 2023 ; Islam et al., 2024). Au-delà de sa contribution intrinsèque à la promotion d’un approvisionnement en électricité à faibles émissions, l’énergie nucléaire est importante en tant qu’actif de production pilotable, renforçant la sécurité de l’approvisionnement en assurant l’adéquation et la flexibilité du système. En outre, elle contribue à fournir de la chaleur aux réseaux de chauffage urbain et à sélectionner des installations industrielles. Malgré cela, le rôle futur de l’énergie nucléaire dépend en grande partie des délibérations et des décisions des responsables politiques et des acteurs de l’industrie concernant le rythme des initiatives de construction de nouveaux réacteurs et le maintien de la durée de vie opérationnelle des installations nucléaires existantes (Li et al., 2016 ; Li et al., 2015).
En ce qui concerne la trajectoire ENZ, la capacité mondiale de production d’énergie nucléaire connaît un essor remarquable, doublant presque, passant de 413 GW au début de 2022 à 812 GW d’ici 2050 (Price et al., 2023 ; Utami et al., 2022). Cette augmentation est principalement due au lancement vigoureux de nouveaux projets de construction, qui contrebalancent efficacement la mise hors service progressive de nombreuses centrales existantes. Une telle escalade constitue une accélération prononcée par rapport aux trois décennies précédentes, caractérisées par une augmentation de seulement 15 % de la capacité, équivalant à environ 60 GW (Haneklaus et al., 2023 ; Obekpa et Alola, 2023 ; Sadiq et al., 2023). La figure 3 montre la capacité de production d’énergie nucléaire dans chaque pays/région dans le cadre du scénario ENZ d’ici 2050.
La croissance attendue de la capacité nucléaire dépasse de loin la voie tracée par les politiques et les cadres juridiques actuels. Selon le scénario des politiques établies (STEPS), la capacité nucléaire devrait atteindre environ 530 GW d’ici 2050, soit 35 % de moins que la trajectoire ENZ (Espín et al., 2023 ; Nicolau et al., 2023 ; Nnabuife et al., 2023 ; Wang et al., 2023). Si l’on ne s’écarte pas de manière significative des tendances récentes en matière de développement de l’énergie nucléaire, la réalisation des ENZ nécessiterait une dépendance limitée à l’égard d’un éventail plus restreint de technologies à faible taux d’émission. Cela pourrait compromettre la sécurité énergétique et entraîner des coûts d’investissement totaux plus élevés, ce qui se traduirait par une augmentation des prix de l’électricité pour les consommateurs. Le tableau 2 montre l’augmentation annuelle moyenne de la capacité de l’énergie nucléaire mondiale dans le cadre des ENZ entre 1981 et 2030.
En 2022, le déploiement mondial de nouvelles capacités nucléaires a connu un essor notable, avec 7,9 GW supplémentaires, soit une augmentation substantielle de 40 % par rapport à l’année précédente (Ho et al., 2019). Il convient de garder à l’esprit que la Chine a été le fer de lance de cette expansion en achevant la construction de deux réacteurs, restant ainsi pendant plusieurs années consécutives le principal contributeur à l’augmentation de la capacité électronucléaire mondiale. Il convient de noter que les projets ont été menés à bien dans plusieurs autres pays, dont la Finlande, la Corée, le Pakistan et les Émirats arabes unis. En outre, des progrès significatifs ont été réalisés dans le lancement de nouveaux projets de construction, avec le début des activités de construction de cinq réacteurs en Chine, de deux réacteurs en Égypte et d’un réacteur en Turquie (Hickey et al., 2021).
L’importance de l’énergie nucléaire pour l’adéquation du système électrique
Les centrales nucléaires ont toujours été à la base de la fiabilité des systèmes électriques, renforçant ainsi l’adéquation du système. Dans divers contextes nationaux, les centrales nucléaires ont toujours été prêtes à fonctionner, affichant des taux de disponibilité régulièrement supérieurs à 90 %, démontrant ainsi leur fiabilité en matière de production d’électricité. Étant donné qu’une proportion substantielle de la capacité nucléaire contribue directement aux paramètres d’adéquation du système, son importance dans le renforcement de la fiabilité et de l’adéquation du système dépasse largement sa contribution proportionnelle à la capacité électrique totale (Orikpete et Ewim, 2024 ; Frilingou et al., 2023 ; Raj, 2023 ; Ragosa et al., 2024).
La contribution de l’énergie nucléaire à l’adéquation du système est démontrée par la trajectoire constante de sa part dans la capacité globale d’électricité pilotable, qui oscille autour de 8 % entre 2021 et 2050 dans le cadre des ENZ (AIE, 2022 ; OIES, 2024). Les sources d’électricité pilotables ont toujours constitué le principal mécanisme permettant d’assurer l’adéquation du système, une tendance qui perdure dans le paradigme des ENZ, d’autant plus que les systèmes électriques connaissent une évolution marquée par une dépendance croissante à l’égard des sources d’énergie variables telles que le solaire photovoltaïque (PV) et l’éolien (Marzouk, 2024 ; Moon et al., 2024 ; Wisnubroto et al., 2023). Il est incontestable que les ressources en combustibles fossiles non atténués dominent largement la capacité pilotable ; toutefois, leur importance diminue clairement, d’un quart d’ici à 2030 dans le cadre de la ENZ, et connaît un déclin précipité par la suite. La production d’électricité à partir du charbon non atténué, actuellement la source d’énergie pilotable la plus importante, devrait enregistrer une baisse de plus de 40 % de sa capacité opérationnelle d’ici 2030 et devrait approcher une contribution négligeable au début des années 2040.
Inversement, la capacité de production d’électricité à partir de gaz naturel, qui n’a pas été interrompue, affiche un niveau de stabilité soutenu jusqu’en 2030, principalement en raison de la nécessité de compenser le rôle décroissant du charbon ; néanmoins, elle subit ensuite une baisse rapide tout au long des années 2030. Le pétrole, dont la contribution est relativement mineure, est rapidement éliminé dans la plupart des régions, à l’exception des régions éloignées, dans le cadre du scénario défini (Makarov et al., 2023 ; Ren et al., 2024). La figure 4 met en évidence la capacité mondiale d’énergie pilotable, classée par catégorie, dans le scénario de réalisation des ENZ d’ici à 2050.
Dans ce contexte, les combustibles fossiles équipés de la technologie de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS) sont devenus des contributeurs notables pour renforcer l’adéquation du système. Cependant, l’énergie nucléaire demeure un contributeur constant à la flexibilité du système énergétique. Dans les économies avancées, la proportion de flexibilité horaire devrait passer d’environ 2 % à 5 % d’ici 2050. De même, dans les pays en développement et émergents, ce ratio devrait augmenter de 1 % à 3 % sur la même période (Jenkins et al., 2018). Il convient de souligner qu’en France, où l’énergie nucléaire assure la majeure partie des besoins en électricité, la flexibilité a été intégrée dès la conception des réacteurs (Ho et al., 2019). Cette caractéristique permet à certaines centrales de moduler rapidement leur production pour s’adapter aux fluctuations de l’offre et de la demande d’électricité, fonctionnant en mode ajustable (Chen, 2024 ; Jin et Bae, 2023 ; Kanugrahan et Hakam, 2023). Bien que de nombreux pays n’aient pas habituellement exploité l’énergie nucléaire dans de telles dynamiques opérationnelles, un nombre considérable de réacteurs sont capables de réaliser des opérations ajustables de charge avec peu ou pas d’adaptations techniques requises (Caciuffo et al., 2020). La figure 5 montre la flexibilité horaire du système énergétique en fonction de la source et du regroupement régional dans le scénario ENZ d’ici 2050.
L’innovation offre de grandes promesses pour améliorer la flexibilité de l’énergie nucléaire. Les avancées technologiques, telles que les SMR (Small Modular Reactors), peuvent permettre aux réacteurs nucléaires d’ajuster leur production d’électricité avec une plus grande facilité, comme l’illustre la Figure 6 (Ho et al., 2019 ; Lee, 2024 ; Wisnubroto et al., 2023). De plus, ces technologies offrent la possibilité de permettre aux réacteurs de passer à la production de chaleur ou d’hydrogène, soit de manière indépendante, soit simultanément avec la production d’électricité. Des initiatives sont en cours pour diffuser des informations auprès des responsables politiques et des planificateurs concernant les avantages potentiels en termes de coûts associés à l’amélioration de la flexibilité de l’énergie nucléaire. La Figure 6 montre le système nucléaire complété par des éoliennes pour la trigénération.
Investissement dans l’énergie nucléaire
La renaissance de l’énergie nucléaire dans le cadre de la trajectoire ENZ nécessite une augmentation substantielle des investissements au cours des prochaines décennies. Cette augmentation devrait englober la construction de nouveaux réacteurs nucléaires et la prolongation de la durée de vie des installations existantes. Dans ce scénario, l’investissement mondial annuel dans l’énergie nucléaire devrait grimper pour dépasser 100 milliards de dollars au cours de la première moitié des années 2030 dans le cadre de la ENZ, dépassant le niveau d’investissement moyen de 30 milliards de dollars enregistré au cours des années 2010, qui a été multiplié par trois (AIE, 2022). Par la suite, les niveaux d’investissement devraient progressivement diminuer à mesure que l’impératif de capacité de production à faibles émissions répartissables s’estompe, pour s’établir à environ 70 milliards de dollars US dans la seconde moitié des années 2040 (Kharitonov et Semenova, 2023 ; Zimmermann et Keles, 2023).
Sur la période 2021-2050, l’investissement dans l’énergie nucléaire représente moins de 10 % de l’investissement global consacré aux sources d’électricité à faibles émissions (AIE, 2022). En comparaison, dans ce cadre, l’investissement annuel dans les énergies renouvelables connaît une escalade notable, passant d’une moyenne de 325 milliards de dollars US durant l’intervalle 2016-2020 à 1,3 trillion de dollars US durant la période 2031-2035 (EEDP, 2023 ; Rekik et El Alimi, 2024d). Il convient de noter que cette dernière considération élucide la raison de l’allocation disproportionnée des investissements vers les économies avancées au cours des dernières décennies. La Chine, par exemple, a besoin d’une dépense annuelle moyenne de près de 20 milliards de dollars US pour l’infrastructure nucléaire d’ici à 2050, ce qui représente une multiplication par près de deux par rapport à la moyenne observée au cours des années 2010 (Aghahosseini et al., 2023 ; Vujić et al., 2012). À l’inverse, d’autres EED assistent à un triplement des investissements, atteignant environ 25 milliards de dollars par an, en moyenne. Contrairement aux économies avancées, l’impératif d’investissement dans ces pays est plus prononcé au cours de la période précédant 2035 (Bhattacharyya et al., 2023 ; Khaleel et al., 2024). Ainsi, l’énergie nucléaire, malgré ses avantages en tant que source d’énergie à faible teneur en carbone, est confrontée à des défis importants. Les coûts d’investissement élevés et les longs délais de déploiement, liés à des exigences complexes en matière de construction et de réglementation, entravent souvent son adoption. La gestion des déchets radioactifs reste une question coûteuse et controversée, tandis que les préoccupations en matière de sécurité, marquées par des incidents historiques, continuent d’influencer la perception du public. En outre, la dépendance à l’égard de l’uranium, dont l’approvisionnement est géographiquement concentré, soulève des préoccupations d’ordre géopolitique et environnemental. L’énergie nucléaire est également en concurrence avec le secteur des énergies renouvelables, qui progresse rapidement et est rentable, tandis que le démantèlement des centrales vieillissantes pose des problèmes financiers et logistiques à long terme. Pour renforcer le rôle de l’énergie nucléaire dans les transitions énergétiques durables, il est essentiel de remédier à ces limites par des technologies de pointe, l’engagement du public et la collaboration internationale.
Technologies pour la durabilité de la production d’énergie nucléaire
La recherche de la durabilité dans la production d’énergie nucléaire a été soutenue par les progrès des technologies innovantes qui améliorent l’efficacité, la sûreté et la compatibilité environnementale (Aktekin et al., 2024 ; Ali et al., 2024 ; Zheng et al., 2024 ; Khan et al., 2017). Ces technologies sont cruciales pour positionner l’énergie nucléaire comme un contributeur clé aux transitions énergétiques propres et durables. Voici quelques-unes des technologies les plus importantes dans ce domaine :
– Réacteurs nucléaires avancés :
Les petits réacteurs modulaires (SMR) : Les SMR sont compacts, évolutifs et plus sûrs que les réacteurs traditionnels à grande échelle. Leur conception modulaire permet de les déployer dans des endroits éloignés, ce qui les rend adaptés aux systèmes énergétiques décentralisés.
Réacteurs de génération IV : Ces réacteurs intègrent des systèmes de refroidissement et des cycles du combustible avancés afin d’améliorer l’efficacité, la sécurité et la réduction des déchets. Il s’agit par exemple des réacteurs rapides refroidis au sodium et des réacteurs rapides refroidis au gaz.
Réacteurs à base de thorium : Les réacteurs à cycle de combustible au thorium utilisent le thorium-232 comme alternative à l’uranium, offrant ainsi une source de combustible plus abondante et plus durable. Les réacteurs au thorium produisent moins de déchets nucléaires et présentent un risque de prolifération plus faible.
Énergie de fusion : Bien qu’encore à un stade expérimental, la fusion nucléaire promet d’être une technologie révolutionnaire. La fusion produit des déchets radioactifs minimaux et exploite des sources de carburant abondantes comme le deutérium et le tritium, ce qui en fait une solution énergétique pratiquement illimitée et propre.
Réacteurs à sels fondus (RSF) : Les RSF utilisent des combustibles liquides ou des réfrigérants, tels que des sels fondus, qui fonctionnent à des pressions plus faibles et à des températures plus élevées. Ces réacteurs sont intrinsèquement plus sûrs et ont la capacité d’utiliser une variété de types de combustibles, y compris le combustible nucléaire usé et le thorium.
– Renforcement de la sûreté des réacteurs :
Systèmes de sûreté passifs : Ces systèmes améliorent la sûreté des réacteurs en utilisant des forces naturelles telles que la gravité, la convection naturelle ou la condensation pour refroidir le cœur du réacteur sans intervention humaine.
Technologies de jumelage numérique : Les simulations numériques et la surveillance des systèmes de réacteurs permettent une maintenance prédictive et une gestion de la sécurité en temps réel.
– Technologies de gestion des déchets nucléaires
Réacteurs rapides : Ces réacteurs peuvent recycler le combustible usé, réduisant ainsi le volume et la radioactivité des déchets nucléaires.
Dépôts en couches géologiques profondes : Les progrès de l’ingénierie géotechnique ont amélioré la sûreté du stockage à long terme des déchets dans des formations géologiques profondes.
Systèmes hybrides nucléaire-énergie renouvelable : La combinaison de l’énergie nucléaire avec des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire permet d’optimiser la production d’énergie et la stabilité du réseau. Les systèmes hybrides tirent parti de la fiabilité de l’énergie nucléaire et de l’intermittence des sources d’énergie renouvelables pour créer un bouquet énergétique équilibré et à faible teneur en carbone.
Intelligence artificielle (IA) et apprentissage automatique : Les technologies d’IA et d’apprentissage automatique sont déployées pour améliorer les performances des réacteurs, optimiser l’utilisation du combustible et renforcer la sécurité opérationnelle. L’analyse prédictive joue également un rôle essentiel dans la maintenance et l’évaluation des risques.
– Progrès en matière de combustible :
Uranium faiblement enrichi à forte teneur (HALEU) : Les combustibles HALEU permettent aux réacteurs de fonctionner plus efficacement et de réduire les déchets.
Combustibles tolérants aux accidents (ATF) : Ils sont conçus pour résister à des conditions extrêmes, réduisant ainsi la probabilité d’endommager le cœur du réacteur en cas d’accident.
Systèmes énergétiques intégrés : Les réacteurs nucléaires sont de plus en plus utilisés à des fins autres que la production d’électricité, comme la production d’hydrogène, le chauffage urbain et le dessalement.
L’intégration des technologies numériques, y compris l’IA et l’apprentissage automatique, associée aux avancées en matière de combustibles, comme HALEU et les combustibles tolérants aux accidents, met en évidence l’évolution continue du secteur nucléaire. Ces innovations permettent non seulement d’améliorer l’efficacité et la sécurité, mais aussi d’étendre les applications de l’énergie nucléaire au-delà de la production d’électricité pour inclure la production d’hydrogène, le dessalement et le chauffage urbain. Malgré ces avancées technologiques, le déploiement durable de l’énergie nucléaire nécessite des cadres politiques solides, des investissements accrus et l’acceptation du public. Il est essentiel de relever ces défis pour libérer tout le potentiel de l’énergie nucléaire afin de parvenir à la sécurité énergétique mondiale et à la ENZ d’ici à 2050.
Discussion et implications politiques
L’énergie nucléaire présente des arguments convaincants en tant que source d’énergie durable en raison de ses nombreux avantages. Sa densité énergétique élevée permet de produire beaucoup d’électricité à partir d’un minimum de combustible, ce qui permet un fonctionnement continu, contrairement aux énergies renouvelables intermittentes telles que le solaire et l’éolien (Rekik et El Alimi, 2023a, 2023b), contribuant ainsi de manière significative à la stabilité du réseau (Cramer et al., 2023). En outre, l’énergie nucléaire est un outil essentiel pour la réduction des émissions, car elle n’émet pratiquement pas de gaz à effet de serre pendant son fonctionnement. Bien que les émissions du cycle de vie associées au traitement du combustible et à la construction des centrales existent, elles restent comparables ou inférieures à celles des énergies renouvelables.
Plusieurs études ont fait état des capacités de production de l’énergie nucléaire et de sa contribution à la réduction des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux autres sources d’énergie. Un aspect essentiel de ces analyses est la quantification de la contribution potentielle de l’énergie nucléaire à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et à la réalisation des objectifs de zéro énergie nette. Cependant, la comparaison directe des données rapportées peut s’avérer difficile en raison des variations dans les hypothèses des modèles, la portée géographique et les horizons temporels.
D’un autre point de vue, la production de déchets radioactifs représente un défi important pour l’énergie nucléaire en raison de leur nature dangereuse à long terme. Cela nécessite une gestion méticuleuse et des stratégies d’élimination pour atténuer les impacts sociaux potentiels. Ces impacts découlent des risques perçus ou réels pour la santé humaine et l’environnement, ce qui alimente l’anxiété du public et l’opposition à l’énergie nucléaire, qui s’exprime souvent par des protestations et des actions en justice (Kyne et Bolin, 2016 ; Nilsuwankosit, 2017 ; Ram Mohan et Namboodhiry, 2020).
En outre, les communautés vivant à proximité des sites de déchets peuvent être stigmatisées, ce qui entraîne une baisse de la valeur des biens immobiliers et un isolement social. La nature persistante des déchets radioactifs soulève également des questions d’équité intergénérationnelle, car leur gestion pèse sur les générations futures (Deng et al., 2020 ; Mason-Renton et Luginaah, 2019). Ainsi, une communication transparente et l’engagement des parties prenantes sont essentiels pour renforcer la confiance du public et garantir une gestion responsable des déchets radioactifs (Dungan et al., 2021 ; Sančanin et Penjišević, 2023).
Il existe différentes voies d’élimination des déchets radioactifs, chacune étant assortie de considérations sociales et techniques uniques. Le stockage en couche géologique profonde, méthode privilégiée au niveau international pour l’élimination des déchets de haute activité, consiste à enfouir les déchets en profondeur pour les isoler à long terme. Le stockage provisoire permet d’assurer la sécurité jusqu’à ce qu’une solution permanente soit trouvée (Chapman, 1992 ; Grambow, 2022). Le retraitement du combustible nucléaire usé permet de récupérer des matériaux réutilisables, ce qui réduit les déchets de haute activité mais crée des déchets de moindre importance. Les technologies des réacteurs avancés visent à minimiser les déchets et à améliorer la sécurité, en convertissant éventuellement les isotopes à vie longue en isotopes à vie plus courte (Dixon et al., 2020 ; Englert et Pistner, 2023). Le choix d’une filière d’élimination nécessite une évaluation minutieuse de facteurs tels que le type et le volume des déchets, la géologie, la faisabilité, le coût et l’acceptation par le public, ce qui conduit souvent à une approche combinée. L’engagement permanent de la communauté et la prise en compte de ses préoccupations sont essentiels pour assurer la sécurité et la résilience des opérations d’élimination des déchets.
La gestion et l’élimination efficaces de ces déchets nécessitent des solutions technologiques avancées, des cadres réglementaires solides et une planification à long terme pour garantir la sécurité et la durabilité (Abdelsalam et al., 2024 ; Rekik et El Alimi, 2024a). En outre, son empreinte terrestre relativement faible par rapport à d’autres sources d’énergie, en particulier les parcs solaires et éoliens, minimise l’impact sur l’écosystème et en fait une option durable dans les zones densément peuplées (Poinssot et al., 2016 ; Sadiq et al., 2022). L’énergie nucléaire renforce également la sécurité énergétique en réduisant la dépendance à l’égard des combustibles fossiles, ce qui est particulièrement précieux dans les pays dont les ressources nationales sont limitées (Cramer et al., 2023 ; Ichord Jr., 2022). En outre, l’énergie nucléaire présente une synergie avec d’autres technologies propres, fournissant une charge de base stable en complément des énergies renouvelables variables et facilitant la production d’hydrogène pour diverses applications énergétiques (Abdelsalam et al., 2024 ; El-Emam et Subki, 2021 ; Salam et Khan, 2018 ; Rekik, 2024 ; Rekik et El Alimi, 2024e). Enfin, les progrès en cours dans la conception des réacteurs, tels que les SMR, promettent une sécurité accrue, des coûts réduits et une plus grande souplesse de déploiement, ce qui renforce encore le rôle de l’énergie nucléaire dans la décarbonisation du secteur de l’électricité (Aunedi et al., 2023). Des politiques de soutien et une coopération internationale sont essentielles pour réaliser pleinement le potentiel de l’énergie nucléaire. Des cadres réglementaires et d’autorisation rationalisés sont essentiels pour réduire les délais et les coûts de déploiement et garantir que les normes de sécurité sont respectées efficacement (Gungor et Sari, 2022 ; Jewell et al., 2019). En outre, l’incitation aux investissements au moyen d’outils financiers tels que les crédits d’impôt et les garanties de prêt peut attirer des capitaux privés et créer des conditions équitables pour l’énergie nucléaire (Decker et Rauhut, 2021 ; Nian et Hari, 2017 ; Zimmermann et Keles, 2023). Il est tout aussi important d’aborder la question de la perception du public par le biais de l’éducation et de l’engagement pour instaurer la confiance et l’acceptation. En outre, la coopération internationale est vitale à plusieurs égards. L’élimination des déchets radioactifs reste une question complexe, qui nécessite une gestion prudente à long terme et la sécurisation des dépôts géologiques pour éviter la contamination de l’environnement en raison de la longue demi-vie de certains isotopes. En outre, bien que les réacteurs modernes intègrent des dispositifs de sécurité avancés, le risque d’accidents tels que ceux de Tchernobyl et de Fukushima reste préoccupant en raison du potentiel de dispersion massive de radiations et des conséquences sanitaires à long terme (Denning et Mubayi, 2016 ; Högberg, 2013 ; Wheatley et al., 2016).
En outre, les coûts initiaux élevés associés à la conception, à la construction et à l’octroi de licences constituent des obstacles importants aux nouveaux projets nucléaires, en particulier dans les pays en développement. En outre, le risque de prolifération nucléaire, dans lequel la technologie destinée à la production d’énergie pacifique est détournée pour le développement d’armes, nécessite des garanties internationales rigoureuses, comme le souligne la référence suivante. La perception du public joue également un rôle crucial, car les opinions négatives et les inquiétudes concernant la sécurité et l’élimination des déchets peuvent susciter une opposition aux nouveaux projets. Enfin, le démantèlement des centrales nucléaires à la fin de leur durée de vie est un processus complexe et coûteux qui nécessite des ressources et une expertise considérables pour démonter les réacteurs et gérer les matières radioactives.
Conclusion
Le rôle de l’énergie nucléaire dans la transition énergétique durable est multiple et important. Alors que les nations du monde entier s’efforcent de passer à des systèmes énergétiques plus respectueux de l’environnement, l’énergie nucléaire s’est imposée comme un élément crucial du processus de décarbonisation. Sa capacité à fournir une électricité à faible teneur en carbone, à atténuer le changement climatique et à contribuer à la sécurité énergétique souligne son importance dans le contexte plus large des transitions énergétiques durables. Malgré cela, des défis tels que la sécurité, la gestion des déchets et la perception du public doivent être relevés afin d’exploiter pleinement le potentiel de l’énergie nucléaire pour atteindre les objectifs de durabilité. En tirant parti des cadres politiques, des innovations technologiques et de la coopération internationale, l’énergie nucléaire peut jouer un rôle essentiel pour façonner l’avenir de la transition énergétique durable à l’échelle mondiale. Dans ce contexte, les pays émergents et en développement exercent une influence considérable sur la croissance mondiale, représentant collectivement plus de 90 % du total, la Chine étant en passe de devenir le premier producteur d’énergie nucléaire avant 2030. Parallèlement, les économies avancées ont enregistré une augmentation notable de 10 % de leur capacité de production d’énergie nucléaire. Cette augmentation est attribuée à la mise en service de nouvelles installations, qui compensent les mises hors service, manifestement observées dans des pays tels que les États-Unis, la France, le Royaume-Uni et le Canada. En outre, l’investissement mondial annuel dans l’énergie nucléaire connaît une forte augmentation, passant de 30 milliards de dollars US tout au long des années 2010 à plus de 100 milliards de dollars US d’ici à 2030. Cette trajectoire ascendante se maintient solidement et reste supérieure à 80 milliards de dollars d’ici à 2050.
En conclusion, la baisse remarquable du coût actualisé de l’électricité pour l’énergie solaire photovoltaïque et l’énergie éolienne au cours de la dernière décennie a fait des énergies renouvelables une alternative viable et compétitive aux combustibles fossiles dans de nombreuses régions. La réduction de plus de 80 % du coût actualisé de l’électricité pour l’énergie solaire photovoltaïque à grande échelle entre 2010 et 2022 illustre la faisabilité économique des énergies renouvelables. Parallèlement, la croissance constante de la capacité des énergies renouvelables, dont le fer de lance est l’énergie solaire et éolienne, souligne leur rôle essentiel dans la transition énergétique mondiale. Avec une capacité de production d’électricité renouvelable dépassant les 3300 GW en 2023 et représentant plus d’un tiers du bouquet énergétique mondial, les énergies renouvelables sont indéniablement à la pointe des efforts visant à assurer un avenir énergétique durable et à faible émission de carbone.
Déclaration de conflits d’intérêts
Les auteurs n’ont déclaré aucun conflit d’intérêts potentiel en ce qui concerne la recherche, la rédaction et/ou la publication de cet article.
Financement
Les auteurs n’ont reçu aucun soutien financier pour la recherche, la rédaction et/ou la publication de cet article.
ORCID iD
Sassi Rekik https://orcid.org/0000-0001-5224-4152
Matériel supplémentaire
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