Les réacteurs nucléaires seront nécessaires pour passer à un avenir à faible émission de carbone, mais leur planification et leur construction sont longues et coûteuses. Il est donc essentiel d'avoir une longueur d'avance sur les besoins futurs. Marc Ernoult de l'Université Paris-Saclay, Orsay, France et ses collègues ont produit un modèle qui prend en compte les « profondes incertitudes » de notre avenir nucléaire et les changements brusques potentiels dans les besoins en ressources. Ce travail a été publié dans la revue EDP Sciences EPJ Nuclear Sciences &Technologies.

La France tire une proportion plus élevée de son énergie de sources nucléaires que tout autre pays (70,6 % en 2020), mais même là, la planification nucléaire est vulnérable aux changements soudains, y compris ceux de l'opinion publique. L'expansion de l'énergie nucléaire dans les années 2000 a fait craindre une pénurie d'uranium naturel et des projets de déploiement de réacteurs rapides refroidis au sodium (SFR) qui utilisent beaucoup moins d'uranium naturel que les réacteurs à eau sous pression (REP) plus anciens et moins chers. Après l'évolution rapide de l'opinion publique suscitée par la catastrophe de Fukushima en 2011, les inquiétudes sur le coût des SFR ont remplacé celles sur la disponibilité de l'uranium naturel, et le projet ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), considéré comme la première étape de Le déploiement de SFR en France a été stoppé en 2019.

Les réacteurs refroidis au sodium nécessitent une accumulation de plutonium beaucoup plus importante que les REP, où le recyclage du plutonium n'est nécessaire que pour stabiliser sa quantité tout au long du cycle du combustible. Il peut être relativement simple de modéliser les besoins en combustible, même jusqu'au siècle prochain, si l'on peut supposer un état stable ou une transition progressive entre les types de réacteurs, mais ce n'est pas possible ; la trajectoire future est très incertaine et un renversement brutal de la position actuelle ne peut être exclu. Et, comme l'explique Ernoult, "Il faut des décennies pour répondre à un changement d'objectifs :c'est rapide à l'échelle de la physique du cycle du combustible, mais très lent par rapport à d'éventuels changements d'attitudes politiques ou de l'environnement industriel."

Dans cette nouvelle étude, Ernoult et ses collaborateurs ont modélisé le recyclage du plutonium dans le parc français de réacteurs nucléaires jusqu'en 2140 à l'aide d'un algorithme d'optimisation. Ils ont suivi trois scénarios, chacun comprenant une décision brutale de passer des REP à faible teneur en plutonium aux SFR à forte teneur en plutonium à un moment différent. Les trajectoires d'utilisation de carburant et de production d'énergie ont été comparées à une trajectoire impliquant un choix immédiat de déployer des SFR et à une autre sans aucun SFR employé. "Il s'agit de la première étude de scénario à inclure ce type de changement rapide à mi-parcours de la période suivie", ajoute Ernoult.

L'analyse a montré qu'il sera nécessaire de mettre en place une stratégie de multi-recyclage du plutonium 30 ans avant l'arrivée prévue des premiers SFR pour éviter les goulots d'étranglement et minimiser la quantité de plutonium inutilisée. Bien que le coût et la durée de vie du réacteur ne soient pas encore inclus dans le modèle, Ernoult et ses collègues concluent qu'il devrait être possible de choisir et de poursuivre une stratégie tout en sachant que des "regrets irréversibles" peuvent être évités si des circonstances ultérieures conduisent à un changement à un autre.