Efficience énergétique

Selon la manière de considérer les choses, l’énergie nucléaire apparaît comme une méthode de production d’électricité plus ou moins efficiente. Le rapport entre énergie investie et énergie fournie, c’est-à-dire le facteur de retour énergétique, est très avantageux en ce qui concerne l’énergie nucléaire. Cela s’explique par la teneur énergétique très élevée du combustible nucléaire. Un combustible, bien entendu, qui ne brûle pas et qui ne génère pas de polluants atmosphériques ni de gaz à effet de serre.

En matière d’efficience énergétique, les centrales nucléaires arrivent dans le peloton de tête . (Photo KKL)
En matière d’efficience énergétique, les centrales nucléaires arrivent dans le peloton de tête . (Photo KKL)

D’un autre côté, beaucoup d’énergie se perd entre la fission nucléaire et la production d’électricité. Car l’énergie libérée lors de la fission est d’abord transformée en énergie thermique, puis cinétique et pour finir électrique. Les deux tiers de l’énergie sont inutilisés et s’échappent sous forme de chaleur dans la tour de refroidissement. Ce taux de rendement qui dépend de la température s’élève à environ 33% et peut être encore un peu amélioré si l’on exploite la chaleur résiduelle, par exemple pour un réseau de chaleur à distance comme celui de Refuna. Par rapport à une centrale à cycle combiné qui atteint les 58%, c’est plutôt peu; par rapport à une installation photovoltaïque qui tourne autour de 5% en moyenne, c’est plutôt bien. Mais le taux de rendement n’est particulièrement pertinent pour aucune des deux technologies. Car l’uranium est disponible en quantités plus que suffisantes, ne peut servir que pour la production d’électricité et présente une densité énergétique prodigieuse. Et le soleil en tant que matière première est gratuit et également disponible en grandes quantités.

Ce qui est décisif ici en matière d’efficience, ce ne sont pas les aspects individuels, mais le cycle entier: c’est-à-dire combien d’énergie il nous faut dépenser de l’extraction des matières premières à l’élimination des déchets pour obtenir un kilowattheure de courant. Car quelle que soit la technique de production d’électricité mise en œuvre, une part considérable des dépenses énergétiques est utilisée en dehors des centrales à proprement parler: pour extraire le combustible, le préparer, le transporter, pour éliminer les résidus et les déchets et aussi pour produire et transformer les matières premières nécessaires à la construction des centrales.

Le minerai d’uranium: l’exploitation, la transformation et la fabrication du combustible représentent les trois quarts environ des intrants énergétiques de la chaîne nucléaire.

Un rapport favorable entre dépenses et rendement

Le facteur de retour énergétique décrit ce rapport entre énergie fournie et énergie investie qui, au bout du compte, contribue à la rentabilité d’une technologie. Dans le calcul de l’énergie investie, on intègre tous les intrants énergétiques: les parts fixes pour la construction de l’installation, d’extraction, l’élimination et autres et les parts variables pour l’entretien, l’obtention du combustible. Parce que ces dépenses énergétiques augmentent avec le temps, la durée de vie d’une installation est un composant décisif du facteur de retour énergétique.

Sous cet angle, il apparaît que les centrales nucléaires sont très efficientes. Les dépenses énergétiques totales d’une centrale nucléaire ayant une durée d’amortissement énergétique moyenne d’un an sont largement inférieures à 10% de l’électricité produite par la même installation durant sa durée de vie. Selon l’endroit où elle est implantée, une installation photovoltaïque aura besoin d’environ quatre mois à sept ans pour être amortie sur le plan énergétique; une centrale nucléaire, selon la source, de 2 à 19 mois. Une centrale nucléaire peut fonctionner durant 60 ans, une installation photovoltaïque une vingtaine d’années.

 Technologie Facteur de retour énergétique  Durée d’amortissement énergétique 
Réacteur à eau sous pression *, enrichissement par centrifugation 120  2 mois 
Houille*, exploitation souterraine sans transport du charbon 29  2 mois 
Centrale à gaz* (cycle combiné), gaz naturel 28  9 jours 
Centrale à gaz * (cycle combiné), biogaz 3,5  12 jours 
Energie éolienne Allemagne 15  de 4,7 à 14,4 mois 
Installation photovoltaïque** sud de l’Allemagne polysilicium, installation sur toiture,
1000 heures à pleine charge
 7 ans
Installation photovoltaïque ** sud de l’Europe polysilicium, installation sur toiture,
1800 heures à pleine charge
5,4 

3,7 ans 

 Source Wikipedia
*Combustible non pris en compte
**Dépenses pour les centrales à accumulation, les réserves saisonnières ou les centrales conventionnelles de compensation de charge non prises en compte
   

Dans la comparaison ci-dessus, le combustible utilisé n’a pas été pris en compte, sinon une comparaison objective entre installations fossiles et non fossiles n’est pas possible. Si, en plus des dépenses énergétiques pour la construction et le fonctionnement de la
centrale, on inclut le combustible pour les centrales à énergie fossile puisqu’il est irrévocablement brûlé pour la production de courant, le facteur de retour énergétique des technologies fossiles passe sous 1. Celui des énergies renouvelables serait supérieur à 1 car leurs sources (vent, eau ou soleil) sont infinies ou se régénèrent dans le cadre d’une exploitation durable (p. ex.
forêt).

L'efficience continue de s'améliorer

Optimiser les processus et accroître les taux de rendement permet d’économiser de l’énergie, d’améliorer l’efficience et de faire baisser les coûts, ce qui est également dans l’intérêt de l’industrie nucléaire. Passer d’installations par diffusion à des installations par centrifugation a permis de réduire du facteur 50 les dépenses énergétiques engagées pour l’enrichissement de combustible.

Dans les centrales nucléaires aussi, différentes mesures d’accroissement de l’efficience sont mises en œuvre. La production d’électricité a augmenté sans avoir modifié les réacteurs. La centrale nucléaire de Leibstadt qui a fortement investi dans la rénovation de ses installations au cours des dernières années a pu améliorer sa puissance nette de 1165 à 1220 mégawatts en 4 ans.

La simple amélioration du profil aérodynamique du bord de la tour de refroidissement, un investissement relativement peu coûteux, a permis à la centrale nucléaire de Leibstadt de gagner environ 2,5 mégawatts de puissance. Les nouveaux garnissages ont apporté eux aussi 11 mégawatts de puissance supplémentaires. La production annuelle a ainsi augmenté d’environ 110 000 mégawattheures d’électricité, soit la consommation annuelle de 24 500 ménages. A titre de comparaison: il faudrait environ 91 installations solaires de la taille du Stade de Suisse[1], la plus grande centrale solaire au monde intégrée dans un stade, pour produire la même quantité de courant. Mais ce courant serait beaucoup plus cher et produit principalement en été.

D’autre part, l’efficience de la centrale a augmenté grâce au remplacement, par des composants modernes plus efficients, des trois turbines à basse pression, des deux préchauffeurs basse pression, du transformateur de tranche et de l’alternateur. 40 mégawatts de puissance nette supplémentaire sont ainsi disponibles 24h sur 24. La puissance installée correspondrait à celle générée par 20 centrales éoliennes ultramodernes qui, implantées sur des sites optimaux en Suisse, produiraient 80 mégawattheures de courant. Dans la centrale nucléaire de Leibstadt en revanche, elle permettra une production d’électricité de 240 000 mégawattheures. Il faudrait donc construire effectivement 60 centrales éoliennes pour obtenir la même quantité de courant – et environ 2500 pour compenser la production totale de la centrale nucléaire de Leibstadt. Tout en sachant que ce courant serait produit de façon irrégulière.

Des rénovations et mesures d’amélioration de l’efficience similaires avaient  lieu dans la centrale nucléaire de Gösgen en 2013.

De nouveaux réacteurs de quatrième génération pourraient fonctionner à des températures et des taux de rendement nettement supérieurs et seraient nettement plus efficients que ceux d’aujourd’hui. Pour en savoir plus, cliquez ici.


[1] 1200 MWh/y

La modification du profil de la tour de refroidissement a fortement amélioré les performances de la KKL. (Photo: KKL)

L'efficience énergétique: une mission permanente

Utiliser l’énergie de façon efficiente est la base de la politique énergétique suisse actuelle. Pour le consommateur, efficience énergétique rime avec utilisation d’appareils peu gourmands et avec parcimonie dans l’utilisation d’électricité et de toute autre forme d’énergie. Pour les producteurs d’électricité, l’efficience énergétique signifie utiliser le moins de ressources possibles pour produire le plus d’électricité possible dans l’intérêt de tous les consommateurs:

  • Des trajets courts. Le transport d’électricité par les lignes à haute tension s’accompagne de pertes. C’est pourquoi les centrales doivent être situées aussi près que possible des centres de consommation. Les importations de courant depuis des régions éloignées sont aussi inefficientes que contestables sur le plan écologique.
  • Un mix électrique adapté aux besoins: il faut produire le courant quand on en a effectivement besoin. Le parc nucléaire doit pouvoir couvrir de façon efficiente les besoins en électricité qui fluctuent selon l’heure de la journée et la période de l’année. En Suisse, on associe l’énergie hydraulique à l’énergie nucléaire, et l’on ajoute les nouvelles énergies renouvelables comme la biomasse, le vent et le soleil.
  • Si possible pas de stockage intermédiaire: le stockage d’électricité entraîne toujours des pertes d’énergie.
  • Préserver le paysage: la Suisse est un petit pays à forte densité de population. Les paysages non bâtis et à l’état naturel doivent être préservés dans la mesure du possible. Une centrale nucléaire est très efficiente en matière d’espace nécessaire (environ 20 – 30 ha) tandis qu’elle produit de grandes quantités d’électricité – c’est une technologie idéale pour la Suisse.

 Quand on prend en compte ces facteurs pour une alimentation efficiente en électricité, l’énergie nucléaire est une option très attrayante, en association avec l’énergie hydraulique, la meilleure technique de production aujourd’hui disponible.

Des distances courtes et un moindre besoin d'espace: la centrale nucléaire de Mühleberg