Décarbonation, le potentiel de la cogénération nucléaire, Martin Leurent*

*Martin Leurent est ingénieur-économiste

Cet article a été publié initialement dans la Lettre de l’I-tésé (lettre trimestrielle d’information de l’Institut de technico-économie des systèmes énergétiques du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), no 37, été 2019.

La cogénération nucléaire permettrait de récupérer l’énergie de la vapeur des centrales pour des usages industriels ou de chauffage urbain. Son potentiel dans ce domaine est énorme… à condition de l’anticiper dans les constructions futures.

Le scénario de référence de l’Agence internationale de l’énergie (+ 2 °C vers le milieu du siècle) projette une augmentation de la part du nucléaire dans le mix électrique mondial de 11 % aujourd’hui à 17 % en 2050. Le même scénario considère également que, à l’horizon 2050, 65 % de l’électricité mondiale sera fournie par les énergies renouvelables, dont 29 % d’énergie éolienne et solaire.

En France, la situation est différente, puisque l’essor des énergies renouvelables intermittentes (de 30 % à 60 % du total en 2050 selon les scénarios, l’ADEME étant même allée jusqu’à 100 %) n’ira pas sans une baisse des capacités nucléaires. Pour être en accord avec la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV[1]Assemblée nationale, loi n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte, 2015-2992 (en ligne : http://www. legifrance.gouv.fr). ), les capacités nucléaires devraient diminuer, passant de 63 GWe (75 % du total) aujourd’hui à 40 GWe (50 %) en 2030.

Rappelons que la consommation d’énergie pour la production d’électricité représente 40 % des émissions de gaz à effet de serre (le principal étant le CO2, dioxyde de carbone) au niveau mondial, ce qui en fait un enjeu majeur dans la lutte contre le changement climatique. En France, cependant, ce secteur n’est responsable que de 9 % des émissions de gaz à effets de serre.

MAIS D’OÙ VIENNENT DONC LES 91 % RESTANTS ?

On citera spontanément les transports, à raison puisqu’ils représentent 29 % du total[2]Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie, « Chiffres clés du climat. France et Monde », éd. 2013.. La chaleur sera plus rarement évoquée, et la chaleur basse température (< 250 °C) encore moins. La consommation énergétique à des fins de chauffage en deçà de 250 °C (des locaux, de l’eau, des procédés industriels) représente pourtant 30 % des émissions françaises de gaz à effet de serre. Différencier la chaleur selon la température est primordial, les usages inférieurs à 250 °C pouvant être fortement optimisés par des pratiques d’efficacité énergétique (utiliser dans des applications comme le chauffage urbain ou de procédés la chaleur produite en excès par les data centers, les centrales thermiques, les usines…). Bien que des acteurs soulignent activement l’importance de récupérer la chaleur fatale industrielle[3]ADEME, « La chaleur fatale industrielle », 2015., et que la loi oblige formellement certaines industries intensives en énergie à étudier la possibilité de fournir les réseaux de chaleur voisins[4]Ministère de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer, décret no 2014-1363 visant à transposé l’article 14.5 de la directive 2012/27/UE relatif au raccordement des installations productrices d’énergie fatales à des réseaux de chaleur et de froid., les symbioses énergétiques de ce type restent rares.

CE QUE DIT LE CESE

Le 28 février 2019, le Conseil économique, social et environnemental (CESE) a émis un avis alarmant sur l’application de la loi sur la transition énergétique votée en 2015. Les objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 40 % d’ici à 2030 et de 75 % à l’horizon 2050 seront inatteignables en l’absence d’investissements majeurs. Son rapport insiste notamment sur l’importance de reconnaître le rôle clé des acteurs locaux en augmentant leurs dotations financières. Il souligne aussi l’importance de doubler le fonds chaleur[5]ADEME, « Le fonds chaleur en bref », 2016., ce qui avait été proposé par le candidat Emmanuel Macron (sans suite à ce jour). Le rapport ne fait toutefois pas mention du potentiel des symbioses industrielles, qui détiennent un potentiel majeur de décarbonisation.

Par ailleurs, le rapport semble séparer deux questions pourtant étroitement liées : la rénovation du bâti et le développement des énergies renouvelables. Dans la pratique, une réelle complémentarité environnementale et économique existe entre rénovation du bâti et implémentation de réseaux de chaleur, vecteurs d’intégration d’énergies renouvelables et de récupération (chaleur fatale, géothermie, solaire, biomasse…).

UN GISEMENT ÉNORME : LA VAPEUR DES CENTRALES NUCLÉAIRES

Un exemple de système potentiellement pertinent, et pourtant rarement mentionné, est la valorisation de la chaleur produite par les centrales thermiques nucléaires. L’exploitation la plus répandue de ces centrales implique de rejeter dans l’environnement la chaleur qui ne peut être convertie en électricité du fait de contraintes physiques (Carnot).

Dans les réacteurs à eau pressurisée (le REP est le type de réacteur le plus couramment utilisé aujourd’hui et devrait le rester jusqu’en 2050 au moins), les deux tiers de l’énergie produite sont rejetés dans l’air ou dans l’eau. Les réacteurs à eau pressurisée peuvent pourtant être conçus pour fournir de l’électricité et de la chaleur, ou seulement de la chaleur, sans compromettre la sûreté de l’installation. La chaleur à la sortie du générateur de vapeur d’un réacteur à eau pressurisée est disponible à 285 °C, couvrant le tiers des besoins industriels et l’intégralité des besoins résidentiels et tertiaires en chaleur (soit 30 % des émissions de gaz à effet de serre de la France [voir plus haut]).

À travers le monde, au moins 55 réacteurs ont été utilisés comme solution de chauffage depuis les années 1970 (notamment en Russie, en Suisse, en Norvège, au Canada). À l’aide d’experts de l’OCDE, nous avons identifié quinze zones urbaines en Europe dont le chauffage et l’eau chaude sanitaire pourraient provenir de réseaux de chaleur alimentés en partie par une centrale nucléaire voisine. Sept de ces quinze systèmes présentent un potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre à coût compétitif, la condition principale étant d’avoir des réseaux de chaleur suffisamment grands (ce qui n’est pas toujours le cas aujourd’hui, en particulier en France et au Royaume-Uni). La production de vapeur pour des écoparcs industriels a également été étudiée pour la France.

Des projets prometteurs ont été identifiés à Gravelines (usine de parapharmacie à 0,5 km de la centrale) et au Bugey (deux usines à 1,8 km). Le potentiel global est toutefois limité du fait de la distance qui sépare souvent les usines des sites nucléaires. À l’avenir, des politiques territoriales ambitieuses visant à inciter les industries pertinentes à s’implanter dans des zones contiguës aux centrales nucléaires pourraient avoir des retombées économiques (réduction de 10 à 20 % des coûts annuels de production de chaleur) et environnementales (1 à 4 % de réduction des émissions de GES de la France) importantes.

L’IMPORTANCE D’ANTICIPER

Nous n’émettons pas ici d’opinion sur le nombre de centrales nucléaires à construire dans le futur. Nous défendons en revanche l’idée suivante : si une centrale est prévue sur un site possédant a priori un potentiel pour la fourniture de chaleur (Gravelines, Le Bugey, Nogentsur- Seine), elle devrait être construite de façon à être facilement modifiable ultérieurement pour cogénérer électricité et chaleur. Pour un coût négligeable (uniquement la prévision de l’espace nécessaire à l’implémentation d’équipement, dont des échangeurs de chaleur), cela garantirait la possibilité future d’utiliser de l’énergie actuellement perdue.

Parallèlement, le développement des réseaux de chaleur et des écoparcs industriels devrait être fortement soutenu par tous les canaux, en particulier locaux et régionaux. On pourrait même, pour aller plus loin, examiner si la construction de réacteurs de petite ou moyenne taille (SMR) ne pourrait pas d’emblée être examinée en France sur la base de la fourniture conjointe d’électricité et de chaleur. C’est en tout cas la direction que propose un récent rapport de l’ETI au Royaume-Uni[6]ETI, « Update to the role for nuclear in UK’s transition to a low carbon economy », 2019.

Plus généralement, nous proposons de mettre en place une politique anticipative et transverse, capable de mettre en oeuvre le moment venu des synergies entre différents systèmes, jusqu’à maintenant non interconnectés. C’est le cas de la chaleur nucléaire. Son potentiel est de plusieurs dizaines de térawattheures à l’horizon 2050. La transition énergétique, qui mettra en oeuvre la complémentarité des énergies et des technologies, pourrait largement en bénéficier.  

References
1 Assemblée nationale, loi n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte, 2015-2992 (en ligne : http://www. legifrance.gouv.fr).
2 Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie, « Chiffres clés du climat. France et Monde », éd. 2013.
3 ADEME, « La chaleur fatale industrielle », 2015.
4 Ministère de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer, décret no 2014-1363 visant à transposé l’article 14.5 de la directive 2012/27/UE relatif au raccordement des installations productrices d’énergie fatales à des réseaux de chaleur et de froid.
5 ADEME, « Le fonds chaleur en bref », 2016.
6 ETI, « Update to the role for nuclear in UK’s transition to a low carbon economy », 2019.

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