Énergie nucléaire : fonctionnement, production et enjeux

Repères clés

• Principe utilisé dans les centrales actuelles : fission nucléaire contrôlée.
• Capacité mondiale installée : environ 420 GW à la fin de 2025.
• Production nucléaire mondiale : en hausse d’environ 1,2 % en 2025, à un niveau record.

Qu’est-ce que l’énergie nucléaire ?

L’énergie nucléaire est associée aux forces qui lient les protons et les neutrons dans le noyau d’un atome. Certaines transformations de ces noyaux libèrent une grande quantité d’énergie. Les centrales actuelles utilisent la fission : un noyau lourd, le plus souvent d’uranium, se divise après avoir capturé un neutron et libère de la chaleur ainsi que de nouveaux neutrons.

La fusion fonctionne selon un principe différent : des noyaux très légers se réunissent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction alimente les étoiles, mais sa maîtrise continue sur Terre reste un défi de recherche. Elle ne constitue pas aujourd’hui une source commerciale d’électricité. Il faut donc distinguer les réacteurs de fission actuellement exploités des projets expérimentaux de fusion.

Comment une centrale produit-elle de l’électricité ?

Dans un réacteur de fission, le combustible est placé dans le cœur. La réaction en chaîne y est régulée par des systèmes qui contrôlent le nombre de neutrons disponibles. La fission chauffe un fluide, généralement de l’eau. La chaleur produit de la vapeur qui entraîne une turbine reliée à un alternateur. Celui-ci transforme l’énergie mécanique en électricité, ensuite transportée sur le réseau.

Le circuit qui prélève la chaleur du réacteur et le circuit qui alimente la turbine peuvent être séparés selon la technologie. Après la turbine, la vapeur est refroidie et condensée afin de recommencer le cycle. Une centrale doit donc disposer de systèmes de refroidissement, de contrôle, de confinement et de secours. La sûreté repose sur plusieurs barrières physiques et dispositifs conçus pour prévenir les accidents et en limiter les conséquences.

La puissance nominale, exprimée en mégawatts (MW) ou gigawatts (GW), indique la capacité maximale de production à un instant donné. L’énergie produite au fil du temps s’exprime en mégawattheures (MWh) ou térawattheures (TWh). Une centrale de 1 GW ne produit pas automatiquement 1 GW en continu : les arrêts de maintenance, les opérations de rechargement et les indisponibilités affectent sa production annuelle.

Quelle place dans le système électrique mondial ?

L’énergie nucléaire fournit une électricité qui peut être produite indépendamment des conditions météorologiques. Elle peut contribuer à stabiliser un réseau lorsque la demande varie, même si le fonctionnement concret des réacteurs et leur flexibilité dépendent de la conception, des règles nationales et des choix d’exploitation.

Selon l’Agence internationale de l’énergie, la capacité nucléaire mondiale s’établissait à environ 420 GW à la fin de 2025. La production annuelle a progressé de 1,2 % pour atteindre un record, avec des redémarrages au Japon, de bonnes performances en France et de nouveaux réacteurs mis en service dans plusieurs pays. L’AIEA recensait 417 réacteurs en exploitation dans 31 pays en 2025. Les chiffres de capacité et de production ne décrivent pas le même indicateur : le premier mesure une puissance installée, le second l’électricité effectivement produite.

Les trajectoires nationales sont contrastées. Certains pays prolongent ou construisent des réacteurs pour répondre à la demande et réduire la part des combustibles fossiles dans leur électricité. D’autres arrêtent leurs installations, privilégient d’autres sources ou ne disposent pas des infrastructures et des moyens financiers nécessaires à un programme nucléaire. Les nouvelles constructions sont particulièrement actives en Asie, tandis que des projets sont aussi développés au Moyen-Orient et en Europe.

Atouts et contraintes

En fonctionnement, les réacteurs émettent peu de gaz à effet de serre par unité d’électricité comparés aux centrales au charbon ou au gaz. Ils offrent également une production concentrée sur un site et relativement peu dépendante des importations quotidiennes de combustibles. Ces caractéristiques peuvent contribuer à la sécurité d’approvisionnement et à la baisse des émissions du secteur électrique.

Ces avantages doivent être évalués avec l’ensemble du cycle de vie. Une centrale nécessite de l’uranium, des mines et des installations de conversion et d’enrichissement, puis des moyens de transport et de stockage. La construction mobilise de grandes quantités de capitaux et peut prendre de nombreuses années. Les retards, les hausses de coûts et les incertitudes sur le financement influencent fortement la compétitivité d’un projet.

La sûreté d’exploitation est une exigence permanente. Les événements de Three Mile Island, Tchernobyl et Fukushima ont conduit à des réexamens des pratiques, des conceptions et de la préparation aux urgences. Les déchets radioactifs présentent des niveaux et des durées de danger différents : certains sont de faible activité et gérés sur des filières adaptées, tandis que le combustible usé et les déchets de haute activité demandent un confinement à long terme. Leur gestion relève de choix techniques, réglementaires et politiques qui varient selon les pays.

L’avenir du nucléaire

Les réacteurs de troisième génération, dont l’EPR, intègrent des évolutions de conception et des systèmes de sûreté renforcés. Les petits réacteurs modulaires (SMR) sont conçus en unités plus compactes, mais leurs coûts, leurs calendriers, leurs chaînes industrielles et leurs performances à grande échelle restent à démontrer. Les réacteurs avancés font l’objet de recherches à plus long terme.

Le rôle futur du nucléaire dépendra des arbitrages nationaux : coût du capital, durée de construction, capacité du réseau, disponibilité des compétences, solutions pour les déchets et comparaison avec les renouvelables, le stockage, l’hydroélectricité et les interconnexions. Il n’existe pas de modèle unique valable pour tous les systèmes électriques.

Questions fréquentes

L’énergie nucléaire est-elle renouvelable ?

Non au sens usuel : l’uranium est une ressource minérale limitée. En revanche, l’électricité nucléaire est souvent classée parmi les sources bas-carbone en raison de ses faibles émissions directes pendant la production.

Le nucléaire ne produit-il aucune émission ?

Les réacteurs n’émettent pas de CO₂ par combustion pendant leur fonctionnement. L’extraction du minerai, la construction, le transport et le démantèlement génèrent toutefois des émissions sur l’ensemble du cycle de vie.

La fusion produit-elle déjà de l’électricité ?

Non. Des expériences scientifiques étudient la fusion contrôlée, mais aucune centrale commerciale ne fournit actuellement d’électricité au réseau grâce à cette technologie.