Pic d’uranium : l’avenir incertain de l’énergie nucléaire

Article original de Ugo Bardi, publié le 13 Janvier 2017 sur le site Cassandra Legacy
Traduit par le blog http://versouvaton.blogspot.fr


Alice Friedmann a récemment publié sur son blog Energy Skeptic un résumé de la discussion sur l’énergie nucléaire basé sur mon livre Extracted (Chelsea Green, 2014). C’est un résumé bien fait que je reproduis ici. Notez que le texte ci-dessous mélange certaines des considérations du texte principal (écrit par moi) et de l’un des « aperçus » qui ont été écrits par d’autres auteurs. L’aperçu qui rapporte les résultats d’un modèle de production future d’uranium a été écrit par Michael Dittmar. Il m’a dit dans un récent échange de courrier que son modèle semble très bien fonctionner plus de deux ans après ses résultats ont été publiés dans Extracted.




Pic d’Uranium par Ugo Bardi extrait de Extracted : Comment la quête de la richesse minérale tourne au pillage de la planète

Publié le 11 janvier 2017

Figure 1. Consommation cumulative d’uranium selon le modèle du GIEC 2015-2100 par rapport aux ressources d’uranium mesurées et inférées

La figure 1 montre que le prochain rapport du GIEC compte beaucoup sur l’énergie nucléaire pour maintenir le réchauffement au-dessous de 2,5°C. La ligne noire représente le million de tonnes de ressources raisonnablement accessibles et inférées de moins de 260 dollars par kilogramme ( Livre rouge de l’EIA 2016). Il est clair que la plupart des modèles du GIEC ne sont pas réalistes. Le GIEC exagère aussi énormément les réserves de pétrole et de charbon. Source : David Hughes (communication privée).

Il s’agit d’un extrait de livre indispensable d’Ugo Bardi, Extracted, sur les limites de production d’uranium. Beaucoup de citoyens bien intentionnés favorisent l’énergie nucléaire parce qu’elle n’émet pas de gaz à effet de serre. Le problème, c’est que le talon d’Achille de la civilisation est notre dépendance à l’égard des camions de toutes sortes, qui fonctionnent à partir de carburant diesel parce que les moteurs diesel ont transformé notre civilisation avec leur capacité à faire un travail lourd, mieux que la vapeur, l’essence ou tout autre type de moteur. Les camions sont tenus de garder les chaînes d’approvisionnement en place dont chaque personne et entreprise sur la terre a besoin, de la nourriture aux matériaux et la construction des routes qu’ils parcourent, ainsi que l’exploitation minière, l’agriculture, les camions de construction, l’exploitation forestière, etc.

Les centrales nucléaires ne sont pas une solution, car les camions ne peuvent pas fonctionner à l’électricité, alors tout ce qui produit de l’électricité n’est pas une solution, et il n’est pas non plus probable que le réseau électrique puisse devenir 100% renouvelable (lire Quand les camions s’arrêtent, cela ne peut pas être expliqué en deux mots). Et nous ne serons certainement pas en mesure de remplacer par autre chose un milliard de camions et de matériel avec des moteurs diesel au moment où la crise énergétique frappera. Il n’y a rien d’autre.
Alice Friedemann (www.energyskeptic.com), auteur de Quand les camions arrêtent de fonctionner : l’énergie et l’avenir du transport, 2015, Springer et de Crunch ! Chips et craquelins artisanaux de grains entiers.

Bardi, Ugo. 2014. Extracted : Comment la quête de la richesse minérale est pillage de la planète. Chelsea Green Publishing.

Bien qu’il y ait une renaissance de l’intérêt pour l’énergie nucléaire, il reste un problème fondamental : l’uranium est une ressource minérale qui existe en quantités limitées.

Même dès les années 1950, il était clair que les ressources en uranium connues n’étaient pas suffisantes pour alimenter l’« âge atomique » pendant une période plus longue que quelques décennies.

Cela a donné lieu à l’idée de « produire » du plutonium combustible fissile à partir de l’isotope 238 plus abondant et non fissile de l’uranium. C’était une idée très ambitieuse : alimenter le système industriel avec un élément qui n’existe pas en quantités mesurables sur Terre mais qui serait expressément créé par l’homme pour ses propres fins. Le concept a donné lieu à des rêves d’une économie basée sur le plutonium. Ce plan ambitieux n’a jamais vraiment été mis en pratique, du moins pas dans la forme envisagée dans les années 1950 et 1960. Plusieurs tentatives ont été faites pour construire des réacteurs générateurs dans les années 1970, mais la technologie a été jugée coûteuse, difficile à gérer et encline à l’échec. En outre, cela posait des problèmes stratégiques insolubles en termes de prolifération de matières fissiles qui pourraient être utilisables pour construire des armes atomiques. L’idée a été complètement abandonnée dans les années 1970, lorsque le Sénat américain a adopté une loi interdisant le retraitement du combustible nucléaire usé.

Un sort semblable a été rencontré avec une autre idée qui impliquait la « production » d’un combustible nucléaire à partir d’un élément naturellement existant, le thorium. Le concept impliquait la transformation de l’isotope 232 du thorium en isotope fissile de l’uranium, qui pourrait alors être utilisé comme combustible par un réacteur nucléaire (ou pour des ogives nucléaires). L’idée a été longuement discutée au cours des temps forts de l’industrie nucléaire, et on en discute encore aujourd’hui. Mais jusqu’à présent, rien n’est sorti de ces réflexions et l’industrie nucléaire est encore basée sur l’uranium minéral comme combustible.

Aujourd’hui, la production d’uranium provenant des mines est insuffisante pour alimenter les réacteurs nucléaires existants. L’écart entre l’offre et la demande d’uranium minéral a été important, de près de 50% entre 1995 et 2005, bien qu’il se soit progressivement réduit ces dernières années.

Les États-Unis ont extrait 370 000 tonnes métriques au cours des 50 dernières années, atteignant leur maximum en 1981 avc  17 000 tonnes / an. L’Europe a culminé dans les années 1990 après avoir extrait 460 000 tonnes. Aujourd’hui, presque la totalité des 21 000 tonnes / an nécessaires à la mise en service des centrales nucléaires européennes est importée.

Table 1 : Le cycle minier européen nous permet de déterminer quelle part des réserves d’uranium initialement estimées pourrait être extraite par rapport à ce qui s’est réellement passé avant que cela ne coûte trop cher pour continuer. Fait remarquable dans tous les pays où l’exploitation minière a cessé, elle l’a fait à un niveau nettement inférieur aux estimations initiales (50% à 70%). Par conséquent, il est probable que la production finale en Afrique du Sud et aux États-Unis prolongera cette constatation.

L’Union soviétique et le Canada ont chacun extrait 450 000 tonnes. En 2010, la production cumulative mondiale était de 2,5 millions de tonnes. Sur ce chiffre, 2 millions de tonnes ont été utilisées pour les activités civiles, et les armées ont gardé la plus grande partie du reste, soit un demi-million de tonnes.
Les données les plus récentes disponibles montrent que l’uranium minéral représente maintenant environ 80% de la demande. L’espace est comblé par l’uranium récupéré des stocks de l’industrie militaire et du démantèlement des vieilles têtes nucléaires.

Cette réutilisation est sûrement une bonne idée, mais les anciennes armes nucléaires et les stocks militaires sont une ressource limitée et ne peuvent être vus comme une solution définitive au problème de l’insuffisance de l’offre. Avec la stagnation actuelle de la demande d’uranium, il est possible que le déficit de production soit comblé en une dizaine d’années par l’augmentation de la production minérale. Mais les perspectives de nouveaux gisements sont aléatoires, comme il est expliqué dans La fin de l’uranium bon marché. Par contre, si l’énergie nucléaire devait connaître une expansion mondiale, il est difficile de voir comment la production minérale pourrait satisfaire la demande croissante d’uranium, compte tenu des investissements gigantesques qui seraient nécessaires, ce qui est peu probable par les temps économiquement difficiles actuels.

Parallèlement, les effets de l’accident de 2011 sur la centrale nucléaire de Fukushima risquent d’affecter négativement les perspectives de croissance de la production d’énergie nucléaire et, avec la réduction concomitante de la demande d’uranium, les réacteurs survivants peuvent disposer d’un combustible suffisant pour rester opérationnels pendant plusieurs décennies.

Il est vrai qu’il y a de grandes quantités d’uranium dans la croûte terrestre, mais il y a un nombre limité de gisements où il est assez concentré pour être exploité avec profit. Si nous essayions d’extraire ces gisements moins concentrés, le processus minier nécessiterait beaucoup plus d’énergie que l’uranium extrait pourrait finalement en produire [EROI négatif].

Modélisation des approvisionnements futurs en uranium

Tableau 2. L’offre et la demande d’uranium vers 2030

Note : Les scénarios possibles sont présentés dans ce tableau : une croissance lente de 1% par an pour l’industrie nucléaire ; une baisse lente de 1% par an ; la prévision du modèle la présentait ; les prévisions de 2009 de l’Association nucléaire mondiale ; les prévisions de 2006 du groupe Energy Wtach ; et une prévision donnée par l’Agence internationale de l’énergie atomique dans son édition 2009 sur l’uranium : ressources, la production et la demande, communément appelé le livre rouge. Le modèle présenté ici montre que même si la production d’énergie nucléaire n’est pas élargie, il n’est pas possible d’alimenter le réacteur sans utiliser les réserves militaires. En d’autres termes, l’extraction seule ne répond pas à la demande

Michael Dittmar a utilisé des données historiques pour des pays et des mines, une par une, afin de créer un modèle prévoyant la quantité d’uranium qui sera probablement extraite des réserves existantes dans les années à venir. Le modèle est purement empirique et repose sur l’hypothèse que les sociétés minières, lorsqu’elles planifient le profil d’extraction d’un gisement, projettent leurs opérations pour qu’elles coïncident avec la durée de vie moyenne des équipements coûteux et des infrastructures nécessaires pour extraire de l’uranium.

Peu à peu, l’extraction devient plus coûteuse car certains équipements doivent être remplacés et les ressources les moins coûteuses sont exploitées en premier. En conséquence, l’extraction et les profits diminuent. Finalement, la société cesse d’exploiter le gisement et la mine ferme. Le modèle dépend à la fois des contraintes géologiques et économiques, mais le fait qu’il se soit révélé pertinent pour tant de cas passés montre que c’est une bonne approximation de la réalité.
Ceci dit, le modèle suppose les points suivants :

• Les exploitants envisagent d’exploiter une mine à un niveau de production presque constant sur la base d’études géologiques détaillées et de gérer l’extraction afin que le plateau [quantité constante, NdT] puisse être maintenu pendant environ 10 ans.
• La quantité totale d’uranium extractible est approximativement la valeur annuelle du plateau atteint (ou prévu) multiplié par 10.

En appliquant ce modèle à des mines bien documentées au Canada et en Australie, nous obtenons des résultats incroyablement corrects. Par exemple, dans un cas, le modèle prévoyait une production totale de 319 ± 24 kilotonnes, ce qui était très proche des 310 kilotonnes effectivement produites. Ainsi, nous pouvons être raisonnablement confiants sur le fait qu’il peut être appliqué aux plus grandes mines d’uranium actuellement exploitées et projetées d’aujourd’hui.
Étant donné que le plateau de production atteint par les opérations passées était généralement plus faible que celui prévu, ce modèle surestime probablement la production future.

Le tableau 2 résume les prévisions du modèle pour la production future d’uranium, en comparant ces résultats aux prévisions d’autres groupes et à deux scénarios potentiels différents sur le futur du nucléaire.

Comme vous pouvez le voir, les prévisions obtenues par ce modèle indiquent des contraintes d’approvisionnement substantielles dans les décennies à venir – une image très différente de celle présentée par les autres modèles, qui prédisent des approvisionnements plus importants.

La prévision 2009 de la WNA diffère de notre modèle principalement sur une supposition que les mines existantes et futures auront une durée de vie d’au moins 20 ans. En conséquence, la WNA prévoit un pic de production de 85 kilotonnes / an vers 2025, soit environ 10 ans plus tard que dans le modèle actuel, suivie d’un déclin abrupt à environ 70 kilotonnes / an en 2030. Bien que relativement optimistes, les prévisions de la WNA montrent que la production d’uranium en 2030 ne serait pas plus élevée que ce qu’elle est maintenant. Dans tous les cas, la durée de vie des gisements dans le modèle WNA est incompatible avec les données des mines d’uranium passées. L’estimation de 2006 de l’EWG était basée sur le Red Book 2005 RAR (ressources raisonnablement assurées) et IR (ressources inférées). L’EWG a calculé une limite de production supérieure en se basant sur l’hypothèse que l’extraction pourrait être augmentée en fonction de la demande jusqu’à ce que la moitié du RAR ou la moitié au plus de la somme des ressources RAR et IR soient utilisées. Cela a conduit le groupe à estimer un pic de production autour de l’année 2025.

En supposant que toutes les mines d’uranium planifiées soient ouvertes, l’exploitation minière annuelle passera de 54 000 tonnes par an à un maximum de 58 (+ ou – 4) milliers de tonnes par an en 2015. [Ugo Bardi a écrit ceci avant que les chiffres de 2013 et 2014 soient connus. En 2013, il était était de 59 673 (le plus haut total) et de 56 252 en 2014.]

La production d’uranium en déclin ne permettra pas d’obtenir une augmentation significative de la puissance électrique des centrales nucléaires au cours des prochaines décennies.

Ugo Bardi