Réacteur nucléaire « EPR »

L’EPR (« European Pressurized Reactor », devenu « Evolutionary Power Reactor ») est un système de production d’électricité de forte puissance (de l'ordre de 1 660 MW de puissance nette) 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 3^e génération. Il est présenté comme un réacteur évolutionnaire de génération 3+ par son constructeur, l’industriel français Framatome (anciennement 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, utilisant 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 3^e génération de réacteurs est censée préparer la rupture technologique que devraient représenter les réacteurs à neutrons rapides ou « surgénérateurs » de 4^e génération.

Il existe à l’heure actuelle 3 réacteurs « EPR » en service dans le monde - 2 en Chine (à Taishan) et 1 en Finlande (à Olkiluoto) - et 3 autres en construction dans le monde : 1 en France (à Flamanville) et 2 au Royaume-Uni (à Hinkley Point).

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 pour garantir la sécurité.

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.

Dans les réacteurs à eau légère, 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 (299 REP sur les 442 réacteurs « opérationnels » du parc nucléaire mondial en mars 2020 selon l'AIEA)⁽¹⁾.

Les caractéristiques de l’EPR

• Le réacteur affiche une puissance électrique nette de 1 570 MW dans le cas de l'EPR de Flamanville 3 selon Framatome⁽²⁾. Le rendement thermique annoncé est de 37% contre 33% pour les réacteurs de la génération précédente⁽³⁾. 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.
• 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 économiques

L’EPR a été conçu pour accroître la compétitivité de l’électricité nucléaire et remplacer les réacteurs de 2^e 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.

En France, le chantier de l’EPR de Flamanville (dont EDF est maître d’œuvre) rencontre toutefois de grandes difficultés : il devait être mis en service en 2012 selon le calendrier initial mais a depuis fait l'objet de nombreux retards. Le coût de construction du projet est passé de 3 à 12,7 milliards d’euros (selon la dernière estimation datant de janvier 2022).

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

Framatome (anciennement Areva)

La division Areva NP (Nuclear Power) a conçu l’EPR.

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 entreprises concurrentes

Les concurrents 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. Des nouveaux réacteurs sont développés avec une 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 avec des réacteurs de 3^e génération sinisés.

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.

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⁾.

Les réacteurs en service et en construction

La Chine dispose des deux premiers EPR en service (depuis décembre 2018 pour la première tranche et septembre 2019 pour la seconde) dans le monde au sein de la centrale de Taishan (exploitant : CGNPC). La Finlande a démarré en décembre 2021 un autre EPR à Olkiluoto (chantier débuté fin 2005, exploitant : TVO) ;

Il existe 2 autres chantiers :

• à Flamanville en France, depuis mi-2007 (futur exploitant : EDF) ;
• à Hinkley Point C au Royaume-Uni (2 EPR), depuis fin 2018 (futur exploitant : EDF Energy, filiale de l'électricien français).

Autres marchés potentiels

Les États-Unis et l’Inde sont entre autres d'autres marchés potentiels intéressants pour les réacteurs de 3^e génération. Certains pays émergents envisagent aussi d’en acquérir.

Le renouvellement des centrales nucléaires 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 aussi profiter de l’ouverture de nouveaux marchés.

En mars 2020, un décret repousse le délai maximal de mise en service de l'EPR de Flamanville jusqu'en 2024. En janvier 2022, la date de chargement du combustible a été décalée de fin 2022 au second trimestre 2023.