Il y a quelques jours, Emmanuel Macron présentait « France 2030 », son plan d’investissement pour la France de demain. Avec l’ambition de « permettre à la France de retrouver le chemin de son indépendance environnementale, industrielle, technologique, sanitaire et culturelle », voire, de « prendre un temps d’avance dans ces secteurs stratégiques ». Dominique Vignon, président du Pôle Énergie à l’Académie des technologies, nous aide à décrypter deux des objectifs annoncés. Il nous parle hydrogène vert et réacteurs de petite taille.
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Réinventer le nucléaire et devenir le leader de l'hydrogène verthydrogène vert. Ce sont les deux premiers objectifs du plan « France 2030 » dévoilé ce mardi 12 octobre 2021 par le président de la République française, Emmanuel Macron. Un plan doté au global de 30 milliards d'euros -- dont 8 milliards d'euros pour le seul secteur de l'énergie -- et qui sera déployé sur 5 ans. Un plan qui fait la part belle à l'innovation, envisagée comme l'une des principales portesportes de sortie à notre vulnérabilité et à notre dépendance vis-à-vis de l'étranger.
« Le sujet est important », remarque Dominique Vignon, président du Pôle Énergie à l'Académie des technologies en introduction de notre entretien. « Pourtant, j'ai le sentiment que le discours de notre Président n'a pas été immédiatement compris. » La crise climatique est à notre porte. Et, dans quelques jours, s'ouvrira la 26e Conférence des Parties signataires de la convention-cadre des Nations unies pour les changements climatiqueschangements climatiques, la COP26. Une réunion cruciale au cours de laquelle nos dirigeants seront appelés à s'engager sur une meilleure voie. À s'engager pour réduire nos émissions de gaz à effet de serre (GESGES).
Réinventer le nucléaire
« Le premier sujet, c'est la production de l’énergie , souligne Emmanuel Macron dans son discours. Nous avons une chance, en la matière, c'est notre modèle historique, le parc installé de production nucléaire ». Les experts, en effet, sont plutôt unanimes à ce sujet. L'électricité nucléaire est une électricité décarbonée. Le Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climatclimat (GiecGiec) évoque des émissions de dioxyde de carbonedioxyde de carbone (CO2) de 12 grammes par kilowattheure (g/kWh) produit d'électricité nucléaire contre environ 1.000 g/kWh pour le charboncharbon, plus de 700 g/kWh pour le pétrole et même 50 g/kWh pour le solaire photovoltaïque. De quoi expliquer pourquoi la France se positionne déjà « parmi les pays d'Europe qui émettent le moins de CO2 par mégawattheure (MWh) d'électricité produite. »
Pour conserver cette avance, notre président appelle à « réinvestir dans l'innovation de rupture ». Et cela passerait par ce que les ingénieurs appellent les Small Modular Reactor (SMR). Des réacteurs de petite taille. L'une des solutions principales envisagées par Emmanuel Macron pour « améliorer la sûreté en baissant les coûts et en réduisant les déchetsdéchets ».
“Plus on augmente la puissance, plus on diminue le coût spécifique”
La proposition mérite que l'on s'y intéresse. Parce qu'elle pose quelques questions. D'abord celle de l'effet de taille. « Dans le secteur de l'énergie, de manière générale, plus on augmente la puissance, plus on diminue le coût spécifique, le coût au kWh », nous rappelle Dominique Vignon. Les coûts fixes sont en effet les plus importants, ceux qui ne sont pas proportionnels à la puissance du réacteur ou à la puissance de l'éolienneéolienne, peu importe. Cela explique pourquoi pendant longtemps, les projets ont visé des puissances toujours plus importantes. « General Electric annonce des éoliennes de 15 mégawatts (MW). Lorsque j'ai commencé dans le secteur, les puissances étaient de l'ordre de 0,5 MW. En 25 ans, on a multiplié par 30 », commente le président du Pôle Énergie de l'Académie des technologies. « Si vous construisez une centrale nucléairecentrale nucléaire de 1.000 MW plutôt qu'une centrale de 400 MW, vous allez payer l'accroissement de la taille des composants de la centrale, bien sûr, mais une large part du coût restera quasiment la même : le coût du gardiennage ou du personnel d'exploitation, etc. »
Mais... Il y a toujours un « mais ». « Il est indéniable que nous touchons à une limite. » Car plus les réacteurs sont gros, plus ils sont complexes, chers et longs à construire -- avec les risques d'échec qui vont avec. Les plus gros réacteurs nucléaires ne peuvent pas être installés n'importe où. Ils doivent notamment être adossés à un réseau électriqueréseau électrique robuste. « Cela écarte de la course bon nombre de pays », nous fait remarquer Dominique Vignon. Et cela fait ressortir l'idée des réacteurs de petite taille.
Le saviez-vous ?
En collaboration avec TechnicAtome, Naval Group et le CEA, EDF développe un projet de Small Modular Reactor (SMR) 100 % français baptisé Nuward. Ces petits réacteurs nucléaires sont spécialement pensés pour se substituer aux centrales à charbon ou au gaz dont la tranche typique a une puissance d’environ 300 mégawatts (MW). Ainsi les centrales Nuward visent-elles les 2 x 170 MW, soit 340 MW. Sachant qu’un réacteur EPR, c’est plutôt 1.600 MW !
Par ailleurs, les réacteurs Nuward feraient environ 16 mètres de haut contre 60 mètres pour les bâtiments des réacteurs nucléaires français actuels.
Ressortir parce qu'en réalité, le concept est étudié en France depuis les années 1970 déjà. « L'idée, c'est d'effacer l'effet de taille par un effet de série. » Parce que construire en série permet de faire baisser les coûts. « Mais, dans le concept de SMR, il n'y a pas que le "S " qui est important. Le "M" l'est tout autant. » Ces Small Modular Reactor, ces réacteurs nucléaires miniatures sont en effet destinés à être produits en usine. Grâce à une conception intégrée. Une enceinte qui contient le cœur, le circuit primaire, les générateursgénérateurs de vapeur, les pompes, les grappes de commande, etc. Et qu'il suffirait ensuite de placer dans une autre enceinte métallique intégrant, elle, tous les équipements auxiliaires. Le tout pour un assemblage sur site limité au minimum.
« Cela va-t-il fonctionner ? Il faut voir. Ce qui est certain, c'est que dans le monde dans lequel nous vivons, nous ne pouvons pas nous permettre d'écarter les idées sans les étudier. Celle-ci comme n'importe quelle autre », souligne Dominique Vignon.
Ce que notre expert appelle à étudier aussi, c'est la question de la sûreté. « Bien sûr, en cas d'accidentaccident, un réacteur de 100 MW aura des rejets dix fois moins importants qu'un réacteur de 1.000 MW. Mais ça ne le rend pas plus sûr pour autant. » Les plus gros réacteurs sont aujourd'hui bardés de systèmes de sécurité. En sera-t-il de même pour les SMR ? Ce qui pourrait les rendre plus sûrs, c'est d'abord le fait que l'on envisage de les enterrer à moitié. De quoi les protéger des agressions extérieures. Une puissance moindre permettrait aussi d'éviter que la température monte trop. Certains envisagent même d'utiliser des composants passifs -- qui continuent de fonctionner en cas de perte d'alimentation électrique -- dans les systèmes d'évacuation de la chaleur.
Devenir le leader de l’hydrogène vert
Autre thème abordé par le président de la République à l'occasion de la présentation du plan France 2030 : celui de l'hydrogène. « L'hydrogène vert, c'est l'un des secteurs dans lequel nous pouvons être leaders. Parce que nous avons des atouts », explique Emmanuel Macron.
Rappelons que pour produire de l’hydrogène, il faut de l'électricité. De l'électricité bas carbone, il va sans dire, issue des énergies renouvelablesénergies renouvelables, par exemple. « Mais nous n'aurons jamais suffisamment d'énergies renouvelables -- sur notre territoire -- pour produire de l'hydrogène vert », avance notre président qui propose, pour rester dans la course, de s'appuyer sur le nucléaire, une énergie elle aussi décarbonée. Marquant ainsi un peu plus encore l'importance du premier point de son plan d'investissement.
Pour « ne pas répéter les erreurs faites sur les énergies renouvelables », Emmanuel Macron propose d'« investir sur notre capacité à développer la filière ». Il annonce notamment que « d'ici 2030, la France doit pouvoir compter sur son sol, au moins deux gigafactories d'électrolyseurs et produire massivement de l'hydrogène et l'ensemble des technologies utiles à son utilisation. » Avec, pour objectif de décarboner d’abord l’industrie, puis les transports, notamment les transports lourds - les camions, les bus, les trains et pourquoi pas les avions.
« Ce point du discours semble en cohérence avec le Plan Hydrogène », commente pour Futura Dominique Vignon. Présentée en septembre 2020, la Stratégie nationale de développement de l'hydrogène décarboné prévoit en effet un budget de 7 milliards d'euros d'ici 2030 pour atteindre l'objectif. Selon le rapport sur le « Rôle de l’hydrogène dans une économie décarbonée » publié par l'Académie des technologies en juin 2020, la France produit actuellement déjà environ un million de tonnes d'hydrogène par an. Moins de 50.000 tonnes par des méthodes décarbonées, cependant.
Or, « convertir en hydrogène la totalité de la production annuelleannuelle d'électricité photovoltaïque et éolienne permettrait de produire - seulement - 640.000 tonnes. » Comme l'indiquait Emmanuel Macron, c'est insuffisant. D'autant plus si l'on envisage de développer les usages de l'hydrogène. Ainsi, convertir le quart du parc de véhicules particuliers augmenterait la consommation d'un autre million de tonnes par an.
Bien sûr, la production d'électricité renouvelable est amenée à se développer. « Mais il y a des limites physiquesphysiques », nous signale Dominique Vignon. L'empreinte environnementale des installations requises serait par exemple considérable. L'emprise au sol des éoliennes nécessaires à une telle production d'hydrogène équivaudrait à la surface de... quatre départements français !
« Mais, dans l'immédiat, notre président ne semble pas évoquer directement la production d'hydrogène , remarque le président du Pôle Énergie de l'Académie des technologies. Il se pose simplement la question, très judicieuse au demeurant, des moyens de production ». Car, pour produire de l'hydrogène vert, il faut en passer par l'électrolyseélectrolyse de l'eau. La décomposition de l'eau (H20) en oxygèneoxygène (O2) d'une part et en hydrogène (H2) d'autre part. Pour cela, un impératif -- autre que celui de profiter d'une électricité décarbonée --, disposer d'électrolyseurs. « Nous ne pouvons pas compter sur des électrolyseurs chinois pour fabriquer notre hydrogène. Nous devons être capables de produire ce qu'il faut sur notre territoire. » C'est justement ce que semble nous promettre Emmanuel Macron, avec l'installation de deux gigafactories de production d'électrolyseurs.
L'une pourrait être celle annoncée en juin 2021 par le groupe franco-belge John Cockerill qui souhaite convertir son site alsacien d'Aspach-Michelbach en gigafactory de production d'électrolyseurs d'ici fin 2022. Objectif affiché : une capacité de production de 1 gigawatt (GW) d'électrolyseurs par an avant 2030.
L'autre pourrait correspondre au projet de McPhy, un groupe français qui a annoncé en mai 2021 la présélection d'un site du côté de Belfort pour y implanterimplanter une usine de production d'électrolyseurs à l'échelle du gigawatt. L'objectif ici est de débuter la production au 1er semestre 2024 avec une montée en charge progressive jusqu'à atteindre une capacité de 1 GW par an.
Ce que le plan France 2030 ne semble toutefois pas évoquer avec précision -- même si Emmanuel Macron parle bien de « l'ensemble des technologies utiles à l'utilisation » de l'hydrogène --, c'est si notre pays va se lancer aussi dans la production de piles à combustiblepiles à combustible. Elles sont pourtant indispensables à la transformation de l'hydrogène en électricité.
“Sans nucléaire, nous ne pourrons pas décarboner notre économie”
« Une chose est certaine à présent, c'est que le temps presse. Au rythme actuel de notre consommation, notre budget carbone sera épuisé dans moins de 20 ans. Si nous espérons limiter le réchauffement à seulement 1,5 °C au-dessus des normales préindustrielles d'ici 2050, nous devons commencer maintenant. Il n'y a plus une minute à perdre. Et pour cela, nous aurons besoin du nucléaire. Sans le nucléaire, il sera très difficile de décarboner notre économie et notre système énergétique », conclut Dominique Vignon.
