Les SMR, vecteurs d'un monde sans carbone - SFEN

Les SMR, vecteurs d’un monde sans carbone

Publié le 4 octobre 2020 - Mis à jour le 23 avril 2021
Recherche
Innovation
Synthèse

Les SMR ont le potentiel pour participer à la construction d’un monde sans carbone. Cette contribution passera évidemment par l’électricité, mais pas seulement, les SMR étant aussi en mesure de fournir d’autres applications également bénéfiques pour l’environnement : cogénération pour produire  de l’électricité et de la chaleur, produire de l’hydrogène, de l’eau douce ou du chauffage pour les villes, accompagnement de la flexibilité du mix électrique ou encore alimentation des zones isolées.

Les SMR (Small modular reactors) – ou petits réacteurs nucléaires à fission – ont tout le potentiel pour participer à un monde sans carbone. Cogénération pour produire l’électricité et la chaleur nécessaires à la production de l’hydrogène, eau douce et chauffage pour les villes, accompagnement à la flexibilité du mix électrique, alimentation énergétique des zones isolées… sont autant d’utilisations possibles des SMR.

Produire de l’eau douce

Changement climatique et accroissement démographique mettent les ressources en eau douce sous pression. Au XXIe siècle, « l’or bleu » est déjà une ressource rare pour de nombreux pays, qui n’ont d’autre choix que de recourir au dessalement de l’eau de mer pour subvenir à leurs besoins. Les usines de dessalement n’utilisent pratiquement que des centrales thermiques pour générer de la chaleur ou de l’électricité, les deux vecteurs pouvant être utilisés séparément ou conjointement pour désaliniser. Les SMR, capables de produire les deux, peuvent alors être envisagés pour alimenter directement une usine.
Des réacteurs japonais, indiens ou kazakhs ont cumulé plus de 200 années d’expérience de la désalinisation, démontrant la viabilité de cette application nucléaire.
Des pays comme l’Arabie saoudite ou la Jordanie étudient déjà sérieusement l’implantation de SMR sur le territoire dans une optique de production d’eau douce. L’AIEA promeut activement la désalinisation nucléaire depuis plus de deux décennies.

Décarboner la production d’hydrogène et de carburants de synthèse

La consommation d’hydrogène est amenée à croître dans les prochaines décennies. Actuellement, 95 % de la production mondiale d’hydrogène dérive de la production d’hydrocarbure. Ces méthodes sont fortement émettrices de CO2 et l’hydrogène produit alimente surtout des procédés industriels (production d’ammonium, raffineries). Pour être économique, la production d’hydrogène devra d’abord passer par le « power to gas », où la surproduction électrique nucléaire serait valorisée pendant les heures creuses. Comme l’eau douce, l’hydrogène peut être produit à partir d’électricité, via l’électrolyse, ou par des cycles thermochimiques, requérant uniquement de la chaleur ou des cycles hybrides. « Une centrale multi-SMR de 300 ou 600 MW pourrait fournir respectivement l’hydrogène nécessaire pour une usine de production d’ammonium ou une raffinerie », selon NuScale. La production d’autres molécules est à l’étude. La méthanation, qui permet avec la chaleur de convertir le monoxyde de carbone ou le CO2 en méthane et en eau, tout comme la production de carburants de synthèse, sont d’autres débouchés.

Alimenter les sites isolés

Les sites isolés, qu’ils soient industriels (mines, extraction d’hydrocarbure) ou d’habitations (villes éloignées des réseaux, îles), sont un débouché naturel pour les SMR. La large gamme de puissance de ces petits réacteurs permet d’envisager des applications pour des sites aux contextes très différents. Russie et Chine parient sur des barges flottantes pour les alimenter en électricité. Les laboratoires nucléaires canadiens (CNL) ont un ambitieux programme de recherche sur les « très » petits réacteurs (very small modular reactors), dont la production, jusqu’à 15 MW, alimenterait les territoires septentrionaux hors réseau, produisant électricité, vapeur ou chaleur. Un SMR pourrait permettre d’alimenter en énergie un site isolé en continu pendant deux ou trois ans sans avoir besoin de rechargement en combustible, là où une installation fossile nécessite d’être régulièrement alimentée, posant des problèmes de gestion de stock et d’approvisionnement. En France, les SMR pourraient trouver des débouchés dans les systèmes énergétiques insulaires (SEI), à l’image des DOM-TOM, qui recourent massivement à des centrales fossiles pour la production d’électricité. Or, cette solution polluante a aussi un coût : la péréquation, puisque la péréquation tarifaire pour les SEI avoisine 1,5 milliard d’euros.

Chauffer les villes et les usines

La production de chaleur est l’un des principaux postes de consommation énergétique mais également l’un des plus émetteurs de CO2 compte tenu de l’hégémonie des énergies fossiles. Les centrales nucléaires, qui sont des installations thermiques pouvant (aussi) produire de l’eau chaude ou de la vapeur, constituent une solution pour alimenter les réseaux de chauffage urbain ou les sites industriels. Les SMR pourraient alors être déployés en étant simplement branchés en remplacement des capacités existantes. Plus de 70 centrales nucléaires font déjà de la cogénération, produisant essentiellement de la chaleur pour les réseaux urbains. Plusieurs projets de SMR dédiés à la production de chaleur sont à l’étude. La Chine vient de mettre en ligne (novembre 2020) la centrale nucléaire de Haiyang  de type AP1000 au service du chauffage urbain des villes proches. Des villes finlandaises, soutenues par les Verts, étudient sérieusement la possibilité de construire des SMR pour alimenter en chaleur les réseaux de l’agglomération d’Helsinki.

Équilibrer les réseaux électriques

Pour de nombreux pays, les SMR sont perçus comme un outil favorable à l’équilibrage d’un réseau électrique bas carbone amené à se complexifier à mesure qu’augmente la part des énergies renouvelables non pilotables, tels le solaire ou l’éolien. Si la France sait déjà moduler la puissance des réacteurs à la hausse comme à la baisse de 80 % en 30 minutes, les SMR pourraient ajouter un cran de manœuvrabilité supplémentaire, grâce aux sites multi-réacteurs qui permettraient d’élargir les combinaisons. Pour les pays primo-accédants au nucléaire, les SMR sont un substitut efficace et accessible financièrement des centrales à gaz, permettant d’accompagner l’essor des énergies renouvelables. Avec les usages de cogénération pour lesquels ils sont particulièrement adaptés, les SMR pourraient aussi permettre de passer de la production d’électricité sur le réseau à des usages plus spécifiques, comme la désalinisation ou la production d’hydrogène, dans des périodes de faible demande d’électricité ou quand la production des renouvelables est élevée, autorisant l’exploitant du SMR à maximiser le facteur de charge de l’installation et ses revenus tout en s’adaptant aux besoins des réseaux.