Introduction

L’énergie nucléaire repose sur une découverte récente : la radioactivité, mise en évidence en 1896 par Henri Becquerel. Au XXe siècle, les avancées se sont succédé : réaction de fission, réaction en chaîne, bombe atomique, puis le premier réacteur civil construit dans les années 1950 au Royaume-Uni. Entre les années 1970 et 1990, de nombreuses centrales ont vu le jour, entraînant une forte croissance de la production nucléaire.

Malgré cela, cette énergie ne représente aujourd’hui que 9 % du mix électrique mondial. Elle connaît néanmoins un regain d’intérêt dans le cadre de la transition énergétique grâce à ses atouts : une production bas-carbone, contrairement aux centrales fossiles, et pilotable, contrairement aux énergies renouvelables intermittentes.

L’évolution de la production d’énergie nucléaire

Les années 70-90 : une période de croissance rapide

Après la mise en service du premier réacteur nucléaire civil au Royaume-Uni en 1956, les centrales se sont multipliées dans les pays développés, principalement aux États-Unis, en France, au Japon et en Allemagne. Une vague de constructions centrée autour des années 1980 a entraîné une forte croissance de la production mondiale d’électricité nucléaire avec une augmentation annuelle proche de 18 % entre les années 1970 et 1990.

Cependant, cette croissance masque des dynamiques nationales contrastées : si les États-Unis et la France ont connu une progression rapide jusqu’à la fin du XXe siècle, le Japon et l’Allemagne, initialement sur des trajectoires similaires, ont décroché. En Allemagne, des décisions politiques ont freiné le développement après des accidents très médiatisés, comme Tchernobyl. Quant au Japon, il a été contraint d’arrêter ses centrales après l’accident de Fukushima en 2011 et commence progressivement à les redémarrer.

Le début du XXIe siècle : stagnation de la production nucléaire à l’échelle mondiale, somme de deux tendances opposées

Depuis le début des années 2000, la production nucléaire mondiale stagne, reflétant deux tendances opposées : un déclin en Occident, marqué par des fermetures de réacteurs pour raisons politiques ou liées à leur fin de vie, et une forte croissance en Asie, notamment en Chine. Ce pays, devenu le nouveau moteur de la filière nucléaire, a connu une vague rapide de constructions, lui permettant en vingt ans de devenir le deuxième plus grand producteur d’électricité nucléaire, dépassant la France et se plaçant derrière les États-Unis.

(1) Ember (2024), retraité par Our World in Data ;

Que pouvons-nous envisager pour demain ?

L’Europe et les États-Unis font face à un défi majeur : un parc nucléaire vieillissant qui doit être remplacé. En effet, la durée de vie d’un réacteur étant de 40 ans, ceux construits massivement dans les années 1980-1990 arrivent en fin de vie. En France, par exemple, hors Flamanville 3 qui a été raccordé au réseau début 2025, tous les réacteurs ont plus de 20 ans, et la moitié dépasse même 40 ans. Des travaux de rénovation permettent de prolonger leur durée de vie jusqu’à 50 voire 60 ans mais cela demande un arrêt de ces réacteurs pendant de longs mois, et la construction de nouveaux réacteurs reste nécessaire pour maintenir les niveaux actuels de production.

En Chine, la situation est différente : les réacteurs ont été construits plus récemment, à un rythme soutenu qui se poursuit encore. Le parc nucléaire chinois est jeune, avec une moyenne d’âge de 10 ans, et continue de s’étendre. La Chine est ainsi sur une trajectoire de croissance rapide de sa production d’électricité nucléaire.

Source : https://www.worldnuclearreport.org/World-Nuclear-Industry-Status-Report-2024

Acteurs clés

La chaîne de valeur de l’énergie nucléaire fait intervenir de nombreuses entreprises de la production du combustible radioactif, à son recyclage, en passant par son utilisation dans le réacteur nucléaire.

Amont de la chaîne : de l’extraction d’uranium à la production du combustible

L’extraction de l’uranium est aujourd’hui largement dominée par le Kazakhstan, qui fournit plus de 40 % de la production mondiale. Loin derrière se situent le Canada (15 %), la Namibie (11 %), l’Australie (9 %) et l’Ouzbékistan (7 %).

Le marché mondial de l’uranium est également fortement concentré en termes d’entreprises, avec cinq entreprises assurant deux tiers de la production totale : Kazatomprom (Kazakhstan), Cameco (Canada), Orano (France), CGN (Chine) et Uranium One (Russie).

L’uranium extrait du sol se compose principalement de deux isotopes : moins de 1 % d’uranium 235 et environ 99 % d’uranium 238. Cependant, seul l’uranium 235 est fissile, c’est-à-dire capable de subir des réactions de fission nécessaires au fonctionnement des réacteurs nucléaires. Pour permettre une réaction en chaîne, il est donc indispensable d’enrichir l’uranium, de manière à atteindre une concentration de 3 % à 5 % d’uranium 235. Une fois enrichi, l’uranium est compressé sous forme de petites pastilles, qui sont ensuite insérées dans des tubes appelés « crayons combustibles ». Plusieurs crayons regroupés forment ce que l’on appelle un assemblage combustible.

Chaque étape de cette chaîne de production est cruciale et requiert des technologies complexes.

Source : https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/mining-of-uranium/world-uranium-mining-production

Cœur de la chaîne : le réacteur nucléaire

Au cœur de la chaîne de valeur de l’énergie nucléaire se trouve la construction des réacteurs nucléaires. Aujourd’hui, la Chine domine largement ce secteur, avec trente réacteurs en cours de construction, représentant une capacité totale de plus de 30 GW. Cela équivaut à la somme des réacteurs en construction dans le reste du monde, tant en nombre qu’en puissance ! Les réacteurs sont construits en série, en un temps très court. La majorité des réacteurs sont construits en moins de 7 ans, certains sont même construits en moins de 5 ans.

La Russie, de son côté, s’impose comme le principal exportateur de réacteurs nucléaires. Elle mène des projets de construction en Inde, en Turquie et en Égypte.

Les pays occidentaux ont perdu leur rôle de leaders dans cette industrie. La filière nucléaire y subsiste grâce à quelques projets développés au cours des vingt dernières années. La France (EDF) a construit Flamanville 3 sur son territoire, un EPR en Finlande, et est en train de terminer la construction de deux réacteurs au Royaume-Uni, à Hinkley Point. Aux États-Unis, seulement trois réacteurs ont été construits depuis le début des années 2000. Le rythme de construction n’a donc plus rien à voir avec celui de la fin du XXe siècle ou de la Chine, tant en nombre de projets qu’en nombre d’années pour les mener à bien. Le projet Flamanville 3 a accumulé 12 ans de retard, et a finalement nécessité 17 années de construction. Autre exemple, les deux nouveaux réacteurs américains ont mis 15 ans à être construits, incluant un retard de 7 ans (1).

Évolution des prix

Pour comparer les prix des différentes sources de production d’électricité, on utilise le LCOE (Levelized Cost of Electricity), qui permet de prendre en compte les structures de coûts particulières des différentes sources d’énergie. Cela permet de comparer les énergies entre elles, avec un coût en dollar par MWh ($/MWh).

Pour une centrale nucléaire, le LCOE est réparti entre le coût d’investissement (environ 65 %), les coûts d’opérations et de maintenance (environ 25 %), ainsi que du combustible (environ 10 %). Le LCOE varie beaucoup en fonction du coût du capital et de la durée de construction du fait de la part importante des coûts d’investissements initiaux.

Or, au cours de la dernière décennie, les projets occidentaux ont connu d’importants dépassements de coûts de construction de capacité de production. Par exemple, le dernier projet de réacteur aux États-Unis a vu ses coûts multipliés par presque 3, pour atteindre 14700$/kW. Le projet français de l’EPR de Flamanville a également subi un triplement de son coût et a atteint 11000$/kW.

En découle une variation significative des prix entre l’Occident et la Chine. Cette différence ne devrait pas baisser à court terme, l’AIE prévoyant des LCOE en 2040 de 50-70$/MWh en Chine, contre 75-110$/MWh en Europe, et 60-100$/MWh aux États-Unis (1).

En comparaison, les centrales au gaz devraient atteindre 60$/MWh (2) aux États-Unis en 2040, et les énergies renouvelabes affichent des baisses spectaculaires pour atteindre un LCOE moyen de 44$/MWh3 pour le solaire et 33$/MWh (3) pour l’éolien terreste (2023).

(1) https://iea.blob.core.windows.net/assets/b6a6fc8c-c62e-411d-a15c-bf211ccc06f3/ThePathtoaNewEraforNuclearEnergy.pdf
(2) https://www.eia.gov/outlooks/aeo/pdf/electricity_generation.pdf
(3) https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2024/Sep/IRENA_Renewable_power_generation_costs_in_2023.pdf

Avantages et inconvénients

Pourquoi développer cette énergie dans ce contexte ? L’énergie nucléaire présente plusieurs avantages, notamment son caractère bas-carbone. En effet, les émissions par kWh sont comparables à celles des énergies renouvelables.

Mais l’énergie nucléaire possède aussi et surtout la possibilité d’être pilotée, et donc d’offrir une capacité de production constante et fiable. Cette stabilité permet de soutenir efficacement le réseau électrique sans nécessiter de solutions de stockage coûteuses, ce qui en fait une option relativement économique.

Cependant, l’énergie nucléaire soulève également des défis majeurs. Les coûts de construction et de démantèlement des centrales sont élevés quand on ne les construit pas en série. La gestion des déchets radioactifs pose un défi en raison de leur dangerosité et de leur longue durée de vie. On sait les traiter, mais une filière doit être mise en place dès le développement d’un parc. De plus, la filière d’approvisionnement en uranium soulève des questions sur la sécurité et la durabilité des ressources disponibles, ainsi que sur les risques géopolitiques associés à leur extraction. Enfin, l’industrie nucléaire comporte un risque particulier en raison des substances radioactives qu’elle utilise, nécessitant des mécanismes de contrôle et de régulation rigoureux.

Innovations et nouvelles tendances

Trois grands axes d’innovation se dessinent aujourd’hui pour répondre aux questions soulevées par l’exploitation de l’énergie nucléaire :

Premièrement, la génération IV de réacteurs nucléaires, qui améliore encore les performances des réacteurs de génération III, comme le dernier EPR de Flamanville. Ces nouveaux réacteurs visent à augmenter le rendement, pour optimiser l’utilisation de l’uranium et réduire la quantité de déchets produits tout en renforçant la sûreté et la sécurité des installations.

Deuxièmement, l’attention se porte sur les petits réacteurs modulaires, connus sous l’acronyme SMR (Small Modular Reactor). Ces réacteurs de taille réduite présentent plusieurs avantages : une construction plus rapide, des coûts d’investissement moins élevés et une grande flexibilité pour répondre à divers cas d’usage.

Enfin, le dernier domaine d’innovation concerne la fusion nucléaire, qui a un potentiel révolutionnaire grâce à un haut niveau de sûreté et un faible volume de déchets pour la quantité d’énergie produite.

1. Les réacteurs de génération IV

Les réacteurs de génération IV regroupent six technologies différentes identifiées dans les années 2000 comme les plus prometteuses pour l’avenir. Parmi elles, quatre correspondent à des réacteurs dits « à neutrons rapides ». Ces réacteurs présentent l’avantage majeur de fermer le cycle du combustible. En ne ralentissant pas les neutrons, ceux-ci conservent une énergie élevée, permettant de fissionner un plus grand nombre d’atomes d’uranium. Cela offre deux bénéfices importants : une meilleure exploitation de la ressource en uranium et une réduction significative des déchets.

Parmi ces six technologies, la plus avancée est celle du réacteur à haute température refroidi au gaz (High Temperature Gas Reactor-HTGR) avec un premier modèle déjà déployé en Chine, considéré comme le tout premier réacteur de génération IV opérationnel dans le monde (1).

Le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium bénéficie également d’une longue expérience, notamment avec les projets Phénix et Superphénix en France. Bien que les résultats soient encourageants, certains aspects techniques doivent encore être perfectionnés.

Quant aux autres technologies de génération IV, elles restent pour l’instant au stade de recherche fondamentale.

2. Les petits réacteurs modulaires (SMR)

Les SMR représentent une autre avancée technologique : l’objectif est de diminuer la taille des réacteurs actuels, à moins de 300 MW voire moins de 50 MW pour certains, tout en permettant leur production en série. Par ailleurs, on envisage également de développer des SMR basés sur des technologies de génération IV, combinant ainsi les atouts des réacteurs de nouvelle génération avec ceux d’un réacteur de petite taille.

Ces réacteurs présentent plusieurs avantages. Ils peuvent être conçus et construits plus rapidement que les réacteurs traditionnels, ce qui réduit les coûts initiaux et les risques financiers associés. Leur format compact permet également de les installer près des lieux de consommation. Cela est particulièrement utile pour utiliser directement la chaleur qu’ils produisent, une forme d’énergie difficile à transporter sur de longues distances.

Où en sommes-nous ?

De nombreux projets sont en cours de développement dans le monde, plus de 60 selon l’Agence pour l’Énergie Nucléaire. Les États-Unis et l’Europe se distinguent par le nombre de projets en développement, avec une légère avance des projets américains par rapport aux européens. La Russie et la Chine, bien qu’ayant moins de projets en cours de développement, se démarquent encore davantage par le niveau d’avancement de ces projets : certains réac-teurs sont déjà opérationnels, et d’autres sont en construction.

En ce qui concerne les coûts, les prévisions augmentent au fur et à mesure du développement du fait d’estimations trop optimistes ou de retard. Par exemple, NuScale, un développeur de SMR aux États-Unis est passé de 58$/MWh en 2021 à 89$/MWh en 20232.

Qui construit ces réacteurs ?

En Russie et en Chine, les projets sont portés par les acteurs étatiques, notamment CNNC en Chine et Rosatom en Russie.
Aux États-Unis et en Europe, on voit une multitude d’acteurs se positionner. On peut nommer Kairos Power, GE Hitachi, TerraPower, NuScale, X-Energy ou Oklo aux États-Unis. En France, on peut citer Calogena, Jimmy Energy, Blue Capsule, Nuward d’EDF, Otrera, Hexana, Newcleo, Naarea, Stellaria ou Thorizon. Attendons de voir qui mènera à bien les premiers projets de SMR, les années à venir devraient permettre de sélectionner et retenir les projets les plus viables.

(1) https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Chinese-HTR-PM-Demo-begins-commercial-operation
(2) https://ieefa.org/resources/eye-popping-new-cost-estimates-released-nuscale-small-modular-reactor

3. La fusion nucléaire

Dernière innovation possible : la fusion nucléaire. Il ne s’agit pas simplement de modifier le réacteur nucléaire mais de changer fondamentalement la réaction qui se produit en son cœur. Contrairement à la fission nucléaire qui consiste à scinder un atome lourd en deux, la fusion nucléaire implique de rapprocher deux atomes légers jusqu’à ce que leurs noyaux fusionnent pour former un seul atome. Cette réaction libère une quantité importante d’énergie tout en produisant moins de déchets.

La fusion nucléaire est souvent perçue comme un rêve lointain en raison de sa complexité. En effet, cette réaction se produit naturellement au cœur du Soleil. Pour la reproduire sur Terre, il faut donc créer artificiellement des conditions extrêmes similaires à celles du Soleil, avec une pression exceptionnelle et une température de plusieurs millions de degrés. Une fois ces conditions réunies, il est possible de déclencher la fusion, mais il faut encore produire les atomes les plus propices à fusionner, réussir à maintenir la réaction de manière stable et sécurisée, qu’elle produise plus d’énergie qu’elle n’en consomme et surtout qu’il soit possible de convertir cette énergie en électricité.

La recherche mondiale progresse dans ce domaine, avec des avancées notables pour atteindre des températures extrêmement élevées... mais seulement pendant quelques minutes. Il reste donc encore beaucoup de chemin à parcourir avant de voir une centrale nucléaire capable de produire de l’électricité grâce à la fusion nucléaire.

Conclusion

Source d’énergie bas carbone et pilotable, le nucléaire constitue un complément essentiel aux énergies renouvelables pour décarboner le mix électrique. Cependant, son développement fait face à des défis de taille.

Dans les pays développés, l’énergie nucléaire a connu une expansion rapide dans la deuxième moitié du XXe siècle, avant de ralentir. En conséquence, leurs parcs nucléaires, comme ceux de la France ou des États-Unis, sont aujourd’hui vieillissants et approchent de la fin de leur cycle de vie. La priorité dans ces pays est donc de prolonger autant que possible la durée de vie des réacteurs existants, puis de construire de nouveaux réacteurs. Par ailleurs, il est essentiel de maintenir leur sûreté afin d’éviter que l’opinion publique ne précipite la fermeture de réacteurs encore fonctionnels.

À l’inverse, la Chine a commencé à construire des réacteurs bien plus récemment, à un rythme extrêmement soutenu. Grâce à une production en série et des coûts maîtrisés, elle développe une industrie nucléaire performante et prête à innover.

À plus long terme, les objectifs convergent dans tous les pays : il s’agit d’anticiper l’avenir en développement des technologies innovantes comme les réacteurs de génération IV en remplacement des réacteurs actuels et les SMR (Small Modular Reactors), qui viendront compléter les grands réacteurs. Enfin, la fusion nucléaire reste une perspective prometteuse mais sur un horizon de temps plus éloigné.


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Rédaction achevée le 14 mai 2025. Communication publicitaire. Ce document n’a pas de valeur précontractuelle ou contractuelle. Il est remis à son destinataire à titre d’information. Les analyses et/ou descriptions contenues dans ce document ne sauraient être interprétées comme des conseils ou recommandations de la part de Lazard Frères Gestion SAS. Ce document ne constitue ni une recommandation d’achat ou de vente, ni une incitation à l’investissement. Ce document est la propriété intellectuelle de Lazard Frères Gestion – S.A.S au capital de 14.487.500€ – 352 213 599 RCS Paris 25, RUE DE COURCELLES – 75008 PARIS. Numéro d’agrément AMF : GP-04000068.