Réacteur EPR

Pose du dôme du réacteur EPR Taishan 1 en octobre 2011 (©photo) 

À RETENIR
  • L’EPR est un réacteur à eau pressurisée de 3e génération dont la puissance atteint près de 1 650 MW.
  • Ce réacteur a un meilleur rendement que les réacteurs actuels et dispose de 4 systèmes redondants de sûreté ainsi que d'une épaisse enveloppe de confinement en béton.
  • L'EPR devrait être capable d'utiliser 100% de combustible MOX pour produire de l'électricité.
  • A l'heure actuelle, 4 EPR sont en cours de construction : 2 en Chine, 1 en France et 1 en Finlande. La mise en service de ces têtes de série a été reportée à plusieurs reprises.
Définition et catégories

L’EPR (« European Pressurized Reactor »), ou réacteur pressurisé européen, est un système de production d’électricité de forte puissance (de l'ordre de 1 650 MWe) utilisant la fission nucléaire et de l’eau sous pression comme caloporteur, dans un ensemble à très forte sûreté. EPR désigne plus largement le système global intégrant notamment l’enveloppe protectrice en béton, les systèmes de sécurité, le groupe turbo-alternateur qui assure la production d’électricité ou bien encore des constructions de génie civil.

Le CEA classe l’EPR comme un réacteur de 3e génération. Il est présenté comme un réacteur évolutionnaire de génération 3+ par son constructeur, l’industriel français Areva. L’EPR fonctionne selon les mêmes principes généraux que ses prédécesseurs, les réacteurs à eau sous pression (REP) de deuxième génération aujourd’hui en fonctionnement. L’EPR et les REP de deuxième génération utilisent des neutrons lents, ralentis par de l’eau.

L’EPR est une version modernisée des REP, utilisant des techniques plus efficaces et plus sûres. Cette 3e génération de réacteurs est censée préparer la rupture technologique que devraient représenter les réacteurs à neutrons rapides ou « surgénérateurs » de 4e génération.

Il existe à l’heure actuelle 4 réacteurs EPR en construction dans le monde : 1 en France (à Flamanville), 1 en Finlande (à Olkiluoto) et 2 en Chine (à Taishan). Le projet de construction de 2 autres EPR fait l'objet de négociations avancées entre Areva et EDF Energy (fililale britannique d'EDF).

Fonctionnement

Rappels sur la fission nucléaire

La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd instable (uranium, plutonium) se désintègre en plusieurs noyaux plus légers en éjectant un neutron avec un dégagement d’énergie très important. Les neutrons émis désintègrent à leur tour d’autres noyaux dans une « réaction en chaîne ». Elle est contrôlée et maîtrisée pour rester à un niveau souhaité et dans les limites nécessaires à garantir la sécurité et la protection des travailleurs et des populations.

La production d’électricité dans un réacteur nucléaire

On exploite aujourd’hui au cœur du réacteur la fission d’un isotope instable de l’uranium (uranium 235). Des réactions en chaîne se produisent : un atome d'U235 perd spontanément un neutron qui, après un ralentissement dit « modération », va percuter un autre atome d'U235. Selon le même processus, cet atome va lui même perdre un neutron qui va percuter un autre atome d'U235 et ainsi de suite. La réaction en chaîne est modérée et la chaleur évacuée par de l’eau sous pression (PWR ou REP) ou bouillante (BWR). Cette chaleur est utilisée pour produire de la vapeur et entraîner une turbine couplée à un alternateur générant de l’électricité. Les réacteurs à eau sous pression produisent plus de la moitié de l’électricité nucléaire dans le monde (282 REP sur les 443 réacteurs du parc nucléaire mondial en avril 2015).

Les caractéristiques de l’EPR

  • Le réacteur affiche une puissance électrique de 1 600 à 1 650 MWe(1). Le rendement thermique annoncé par Areva est de 37% contre 33% pour les réacteurs de la génération précédente(2). Ce gain s’explique par une augmentation de la pression du circuit secondaire (78 bar au lieu de 65 environ) et donc de sa température.

Une double enceinte protectrice de béton de 2,6 mètres d’épaisseur protège le réacteur et confine toute la matière nucléaire à l’intérieur. 

  • 4 systèmes redondants contrôlent la sûreté du système et notamment du réacteur. Un seul suffit à empêcher des dérives potentiellement dommageables. Les probabilités d’accident grave ont ainsi été réduites d'un facteur dix par rapport au dernier modèle (palier N4) des réacteurs construits en France, déjà considéré comme très sécurisé. 
  • Une double enceinte protectrice de béton de 2,6 mètres d’épaisseur protège le réacteur et confine toute la matière nucléaire à l’intérieur. Cette protection conçue pour résister à des accidents internes protège aussi le réacteur de toutes les atteintes extérieures, telles que des chutes d’avions (les études sont toutefois classées secret défense sur ce point). Cette protection physique est complétée par la dispersion géographique des bâtiments sensibles. Enfin, le réacteur est fixé sur une très épaisse plaque de béton qui évite, en cas de fonte du cœur, la fuite de matière nucléaire dans les sols et joue aussi un rôle de protection contre les séismes.
  • La durée de vie prévue pour l’EPR est de 60 ans pour les éléments non remplaçables, contre 40 ans initialement pour les réacteurs actuels.
  • L’EPR devrait être capable d’utiliser 100% de combustible MOX recyclé pour produire de l’électricité. Le combustible MOX (Mélange d'Oxydes) est un combustible nucléaire fabriqué avec du plutonium 239, créé par capture neutronique de l'uranium 238 au sein des réacteurs puis isolé lors du retraitement des combustibles irradiés. L’oxyde de ce plutonium est mélangé avec celui de l'uranium appauvri issu de l'étape d'enrichissement du combustible.
  • La configuration modulaire de l’EPR permet le remplacement rapide d’un composant tout en exposant peu le personnel aux radiations, y compris lorsque le réacteur est en service.
Enjeux par rapport à l'énergie

Enjeux économiques

L’EPR a été conçu pour accroître la compétitivité de l’électricité nucléaire et remplacer les réacteurs de 2e génération vieillissants. La durée de vie attendue de l’EPR est longue (60 ans) et sa conception est fondée sur des technologies éprouvées et d’ores et déjà disponibles.

Le coût de l'EPR de Flamanville est actuellement estimé à 8,5 milliards d’euros.

Il connait cependant des difficultés de démarrage liées à la complexité du système global dans lequel il s’intègre. L’EPR de Flamanville, dont EDF est maître d’œuvre, devait être livré (avant l'annonce d'une anomalie sur la cuve) en 2017 avec 5 ans de retard sur le calendrier initialement prévu, pour un coût passé de 3 à 8,5 milliards d’euros. L’EPR finlandais n'a lui toujours pas été démarré en avril 2015 après quatre reports de la date de livraison, initialement prévue en 2009.

D’un point de vue commercial, l’EPR risque de rester coûteux par rapport à ses concurrents directs, avec un coût estimé en juin 2010 à 92 dollars par MWh, contre 55 dollars prévus pour l’AP 1000 américano-japonais, et 42 pour l’APR 1400 sud-coréen. Ces comparaisons seront à vérifier lorsque plusieurs centrales seront  construites et fonctionneront.

Enjeux de sûreté

La sûreté a été une variable importante dans la conception du réacteur. Les 4 systèmes de sécurité redondants et l’épaisse enveloppe de confinement en béton doivent réduire considérablement le risque d’accident nucléaire grave, qu’il soit accidentel ou intentionnel.

Ainsi, si un accident de fusion du cœur se produisait, un « récupérateur de corium » recueillerait la partie du cœur fondu qui aurait traversé la cuve, protégeant ainsi le sol de toute contamination.

Le récupérateur de corium de l'EPR (©Connaissance des Énergies, d'après CEA)

Le récupérateur de corium de l'EPR (©Connaissance des Énergies, d'après CEA)

Le scénario terroriste de crash d'un avion de ligne a été pris en compte par Areva durant le développement de l’EPR.

Plusieurs autorités de sûreté nucléaire européennes ont émis des réserves en 2009 sur le système informatique de sécurité et ont demandé à Areva de leur fournir les preuves de son bon fonctionnement en toute circonstance.

Acteurs majeurs

Areva

Les activités d’Areva sont essentiellement liées à l'énergie nucléaire (construction de réacteurs, retraitement des déchets, etc.) mais aussi dans une moindre mesure à d'autres formes d'énergies renouvelables. Sa division Areva NP (Nuclear Power) a conçu l’EPR et est en charge de la maîtrise d’œuvre du chantier finlandais.

EDF

Électricité de France (EDF) est la principale entreprise de production et de fourniture d'électricité dans le monde et a fortiori en France. Elle exploite l’intégralité des réacteurs nucléaires français. EDF est également en charge de la maîtrise d’œuvre de la construction de l’EPR de Flamanville.

Les concurrents d’Areva sont en train d’élaborer des versions avancées de leurs réacteurs répondant aux mêmes exigences de sûreté et de taille.

Les entreprises concurrentes

Les concurrents d’Areva sont en train d’élaborer des versions avancées de leurs réacteurs répondant aux mêmes exigences de sûreté et de taille. Les puissances atteignent de 1 200 à 1 700 MW tandis que la probabilité d’un accident grave a été réduite à moins d’une chance sur dix millions par an.

Par exemple, le VVER 1200 de Rosatom et l’ABWR de General Electric ne diffèrent de leurs prédécesseurs que par leur dimensionnement. De la même manière, l’APWR de Mitsubishi est déjà au point dans sa version 1 530 MW, et devrait atteindre 1 700 MW pour sa version américaine, avec un rendement élevé de 38%.

General Electric (ESBWR) et Westinghouse (AP1000) proposent deux nouveaux réacteurs réellement innovants par la simplification du refroidissement en cas d’accident. Cette nouvelle conception, dite « à sûreté passive », consiste à utiliser la gravité pour le refroidissement, en plaçant des piscines géantes au-dessus du réacteur. Ce faisant, le nombre des circuits de sûreté peut être diminué quasiment de moitié tout en atteignant les niveaux de sûreté requis.

De son côté, la Chine s’équipe en centrales de 1 000 MW de deuxième génération sur le modèle français et entend les vendre à l’étranger. Parallèlement, elle s’équipe aussi en réacteurs adaptés de l’EPR proposés par Areva et souhaite en siniser complètement le design et la réalisation.

Enfin les Coréens et les Japonais sont très actifs pour proposer des modèles en association avec des constructeurs américains dans des gammes de puissance variées et avec de hauts standards de sûreté.

L’importance des certifications

Le temps nécessaire à un constructeur pour obtenir la certification des autorités de sûreté nucléaire nationales est déterminant. Celle délivrée par la NRC (États-Unis) est particulièrement importante car elle ouvre non seulement les portes du marché américain mais est aussi reconnue par plusieurs pays comme la Chine ou l’Inde. En avance sur le marché européen, Areva attend une certification sur le marché des États-Unis (en cours depuis fin 2007). L’AP1000 de Westinghouse est lui déjà certifié et plusieurs tranches de ce type devraient bientôt être construites malgré des discussions en cours. 

L’EPR consomme de 7 à 15% d'uranium par kWh produit en moins que les réacteurs de seconde génération.

Chiffres clés

Par kWh produit, l’EPR consomme de 7 à 15% d'uranium en moins que les réacteurs de seconde génération. De plus il peut employer du combustible MOX recyclé à hauteur de 100%. Ceci engendre une réduction d'approximativement 10 % de la quantité de déchets à vie longue (éléments radioactifs à vie longue) produite par kWh(3).

En phase de production industrielle, l’objectif est de se limiter à 57 mois pour construire un réacteur(4).

Zone de présence ou d'application

Les réacteurs en construction

  • à Olkiluoto en Finlande, depuis fin 2005 (futur exploitant : TVO) ;
  • à Flamanville en France, depuis mi-2007 (futur exploitant : EDF) ;
  • 2 à Taishan en Chine, depuis août 2008 (futur exploitant : CGNPG).

Autres marchés potentiels

Les États-Unis, le Royaume-Uni, l’Inde et l’Italie sont des marchés potentiels intéressants pour les réacteurs de 3e génération. Ces pays envisagent de renouveler leurs installations dans la prochaine décennie. Certains pays émergents envisagent aussi d’en acquérir.

En octobre 2015, un accord commercial a été signé par EDF avec son partenaire chinois CGN sur la construction de 2 réacteurs EPR sur le site de Hinkley Point, dans le sud-ouest de l'Angleterre (un 3e EPR pourrait être construit au Royaume-Uni au sein de la centrale de Sizewell sur la côte est du pays). L'anomalie détectée sur la cuve de l'EPR en chantier à Flamanville ralentit toutefois actuellement ces différents projets. EDF pourrait prendre une décision finale d'investissement sur son projet d'Hinkley Point en mai 2016, selon les déclarations d'Emmanuel Marcon en mars 2016.

Futur

Le renouvellement des centrales nucléaires (d’une durée de vie initialement prévue de 40 ans) installées dans les années 1980 pourrait laisser place aux réacteurs de troisième génération puis progressivement aux réacteurs de quatrième génération plus performants et actuellement en cours d’étude.

Les réacteurs de nouvelles génération dont l’EPR pourraient ainsi potentiellement profiter d’un renouvellement des installations mais aussi de l’ouverture de nouveaux marchés.

Concrètement

La puissance d’un réacteur EPR (1 600 à 1 650 MWe) est supérieure à celle des réacteurs de deuxième génération, dont la puissance unitaire est comprise entre 880 MWe et 1 500 MWe en France.