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En quoi l’énergie nucléaire est-elle « plus intelligente » que le solaire et l’éolien ?
Par Laurence Hecht, Rédacteur en chef de 21st Century Science Technology

Chaque fois que vous entendez parler de solaire ou d’éoliennes comme étant la réponse aux besoins énergétiques de l’humanité, l’image qui devrait vous venir à l’esprit est celle d’un milliard d’enfants affamés ou mourants.
Si vous ne voyez pas trop le rapport pour l’instant, c’est pardonnable. Cependant, à la fin de cet article, nous devrions vous avoir communiqué des concepts et des faits rudimentaires vous permettant de saisir pleinement cette dure vérité et d’agir en conséquence.

Commençons par un constat : pour offrir à l’ensemble de la population mondiale un niveau de vie décent en ce XXIème siècle, les capacités énergétiques de la planète devraient fournir au moins 3 à 5 kilowatts par habitant. Or, aujourd’hui, seuls les Etats-Unis, le Japon et l’Europe de l’Ouest atteignent ce niveau. Eclaircissons ce point, avant d’examiner comment satisfaire cette demande.

Le « kilowatt » est une mesure de puissance électrique, soit la quantité de travail pouvant être accomplie par unité de temps.

L’une des premières façons de mesurer la puissance consistait à la comparer à celle d’un cheval. La puissance d’un cheval standard « ch » équivaut à environ 750 watts électriques (1ch =735,5W). Cela veut dire qu’il faut 750 watts d’électricité pour accomplir le même travail (faire tourner un moteur ou autre appareil) que fournirait un cheval de labeur. Ainsi, un kilowatt (1000 watts) électrique équivaut au travail d’environ 1,33 chevaux musclés. Toutefois, le cheval ne peut travailler toute la journée, mais pendant un tiers environ, une fois soustrait le temps de s’alimenter et se reposer. Il s’ensuit qu’un kilowatt de production d’électricité installée, disponible jour et nuit, accomplit le travail de 3 fois 1,33, soit 4 chevaux.

Les Etats-Unis disposent actuellement d’environ 3 kilowatts de puissance par habitant, soit beaucoup moins que le niveau nécessaire pour assurer une vraie économie productive, mais néanmoins beaucoup plus que la plupart des autres pays. On peut donc dire que chaque Américain dispose en moyenne, à chaque heure du jour et de la nuit, de 12 chevaux sous forme d’électricité [1].

Sans électricité, ce travail doit être accompli par des hommes et des femmes, actionnant les pompes, transportant l’eau sur leur tête, passant des journées entières à laver le linge, privés de services élémentaires comme l’eau courante et le tout-à-l’égout, la réfrigération et même les ampoules lumineuses. Tel est, sinon pire, le lot de la majorité de la population mondiale, dont environ 1,7 milliard vivent entièrement sans électricité et plusieurs milliards n’en disposent que quelques heures par jour dans des conditions précaires.

La Chine, par exemple, qui produit une grande partie des produits manufacturés consommés aux Etats-Unis, ne disposait en 2005 que de 0,3 kilowatt de puissance installée par habitant, pour atteindre, selon les estimations, 0,5 kilowatt en 2008. Plus de la moitié de cette électricité sert à alimenter l’industrie, dont la production est surtout destinée à l’exportation. Ainsi, en Chine, la quantité d’énergie disponible est inférieure à 0,25 kilowatt par habitant, soit à peu près le tiers d’un « cheval ». On peut considérer que le Chinois dispose quotidiennement d’un cheval, contre douze pour l’Américain. La plupart des produits manufacturés distribués aux Etats-Unis sont fabriqués par des millions de Chinois sous-payés, dont les familles n’ont même pas accès à l’éclairage électrique.

Au Mexique, autre source majeure de produits destinés aux Etats-Unis, l’électricité disponible par personne est du même ordre qu’en Chine. En Inde, en Egypte, dans la majorité des pays africains et dans de larges zones d’Amérique du Sud, c’est encore pire. Une telle injustice ne peut guère durer. Comment y remédier ?

Ce n’est pas sérieux de penser à combler la pénurie énergétique dans le monde par des éoliennes ou des panneaux solaires. Les promoteurs de ces systèmes ne prennent jamais en compte les besoins réels mondiaux, si ce n’est pour proposer d’absurdes schémas de réfrigérateurs alimentés en énergie solaire pour les villages africains, qui ne fonctionnent, au mieux, que lorsque le soleil brille. Mais proposer d’utiliser le solaire et l’éolien dans les pays développés est aussi un leurre. Malgré les deniers publics dont ils bénéficient sous forme de crédit d’impôt ou de subventions, on n’a jamais démontré ni leur rentabilité énergétique ni leurs avantages économiques.

Pour fournir à notre population mondiale de 6,7 milliards d’individus un niveau de 1,5 kilowatt de puissance électrique installée par habitant, il faudrait construire 6000 gigawatts de puissance supplémentaire. La seule manière d’y parvenir est de s’engager dès maintenant dans un programme à marche forcée de construction de centrales nucléaires, mettant à contribution les moyens existants, et de lancer, entre autres, la production en série des nouveaux réacteurs à haute température de quatrième génération, refroidis à l’hélium.

La générosité du vent ou du soleil aurait-elle la moindre chance de combler le déficit mondial d’électricité ? La plus grande centrale solaire thermique existante, la Nevada Solar One, bien qu’enregistrant des pics de 63 mégawatts à midi, produit en moyenne moins de 15 mégawatts par jour [2].

La plus grosse centrale solaire utilisant des panneaux photovoltaïques se trouve à Jumilla, dans le sud-est de l’Espagne. Sa capacité théorique est estimée à 23 mégawatts, chiffre qui, une fois divisé par quatre, nous donne une production moyenne réelle de moins de 6 mégawatts !

En comparaison, une grande centrale nucléaire peut produire à elle seule au moins 1000 mégawatts (1 gigawatt) d’électricité, et ce, toute la journée, tous les jours, quelle que soit la météo, et sur une superficie plusieurs centaines de fois inférieure à celle exigée par les panneaux solaires ou les fermes éoliennes.

Qu’est-ce que la densité énergétique ?

Mais le vent et le soleil sont « gratuits », nous dit-on : l’énergie est là, comme un don de la nature, nous n’avons plus qu’à nous servir. Après examen, on s’aperçoit pourtant que cet argument est un pur sophisme. Charbon, pétrole et uranium sont « gratuits » au même titre. Une certaine quantité de travail doit être fournie pour les extraire et les transporter là où ils seront consommés, de la même manière qu’un certain travail doit être effectué pour exploiter le vent et le soleil, et même énormément de travail par rapport aux bénéfices qu’on en tire.

Plutôt que de jouer sur les mots, examinons les deux concepts clés pour évaluer une source énergétique : la densité énergétique et la densité de flux énergétique.

Par densité énergétique d’un combustible ou d’une source d’énergie, nous entendons la quantité de travail utile qui peut être obtenue d’une masse donnée de substance.

Par densité de flux énergétique, entendons la capacité transformatrice qui attendue de cette source d’énergie ou de ce combustible.

Examinons d’abord le premier terme et voyons ce que nous pouvons en apprendre.

Au cours de son histoire, l’humanité a connu plusieurs augmentations progressives de la densité énergétique des combustibles employés. La transition de la combustion du bois à celle du charbon (dont la densité énergétique est quatre fois plus forte que celle du bois) se produisit en Europe au XVIIIème siècle. L’obtention de températures plus élevées et l’amélioration de la combustion du charbon permirent l’élaboration de l’acier à partir du minerai de fer et d’autres techniques. Principale source d’énergie pour l’industrie et les transports jusqu’aux années 1950, le charbon demeure à ce jour le principal combustible utilisé pour la production d’électricité dans le monde, hormis la France, la Suisse, le Japon et la Corée.

Quant au pétrole, sa densité énergétique est d’environ 50% plus élevée que le charbon. Sa supériorité pour la navigation devint un facteur majeur de la géopolitique à la fin du XIXème siècle, lorsque la British Royal Navy convertit ses chaudières à charbon en chaudières à pétrole. Son poids moindre et sa facilité de maniement (sans tâcheron pour alimenter le feu) accrurent le rayon d’action et l’efficacité des navires de guerres. Les dérivés plus légers du pétrole – essence, benzène ou kérosène – figurent parmi les liquides les plus énergétiquement denses, ce qui les rendent indispensables comme carburants automobile… tant qu’il en restera.

Pourtant, chacune de ces améliorations augmentant la densité énergétique des carburants fut éclipsée par la découverte de l’énergie atomique. Comme le montre le dessin ci-dessous, un grain d’uranium à peine visible, lorsqu’il est entièrement utilisé, fournit l’équivalent de 4760 litres de pétrole (pesant 4,5 tonnes), de 6,15 tonnes de charbon ou de 23,5 tonnes de bois sec. En comparant leur poids respectif, l’avantage de l’uranium sur les types de combustibles plus anciens saute aux yeux :

Avantage par unité de poids d’uranium… [3]

• sur le bois : 11,5 millions de fois,

• sur le charbon : 3 millions de fois [4],

• sur le pétrole : 2,2 millions de fois.

Précisons que ces chiffres ont été calculés en supposant que la totalité de l’uranium contenu dans la pastille de combustible brûle complètement (c.-à-d. qu’elle soit totalement fissionnée). Or, le taux de combustion dans la plupart des réacteurs actuellement en service ne dépasse guère les 4%, bien que ce taux soit nettement plus élevé pour les derniers types de réacteurs. Il faut donc diviser ces chiffres par 25, ce qui laisse encore au nucléaire un avantage en densité énergétique de seulement 88000 à 460000 fois sur le bois, le charbon et le pétrole respectivement !