Le dernier réacteur universitaire en activité au Japon confronté à un coûteux changement de combustible et à un déficit de financement

Un minuscule réacteur soumis à des besoins croissants de formation

Le réacteur pédagogique de l'université Kindai, à Higashiosaka, dans la préfecture d'Osaka, produit au maximum 1 watt de chaleur, soit moins qu'une flamme de bougie. Selon l'université, son maintien en activité coûte environ 200 millions de yens par an, tandis que les frais d'utilisation facturés aux entreprises et les subventions publiques à la formation ne rapportent qu'environ 6 millions de yens. Le remplacement obligatoire du combustible à l'uranium menace désormais d'alourdir considérablement la facture.

Ce réacteur est le seul réacteur universitaire actuellement en activité au Japon. L'autre installation encore existante, à l'université de Kyoto, est temporairement à l'arrêt. Plus de 250 étudiants ont été formés à Kindai au cours de l'exercice 2024. Des entreprises l'utilisent également pour des recherches sur le traitement du cancer et des expériences liées au démantèlement d'installations nucléaires.

En septembre 2022, le Japon et les États-Unis se sont engagés à remplacer son uranium hautement enrichi par de l'uranium faiblement enrichi et à renvoyer le combustible actuel aux États-Unis. La conversion devrait coûter plusieurs dizaines de milliards de yens, Kindai devant prendre en charge une partie de cette dépense.

Cette pression s'exerce alors que le Japon se tourne vers un recours accru à l'énergie nucléaire, après des années consacrées à réduire sa dépendance à la suite de la catastrophe de Fukushima Daiichi. Le pays a aussi besoin de personnel capable de démanteler en toute sécurité les réacteurs les plus anciens. Pourtant, les chiffres du ministère de l'Éducation montrent que le nombre de nouveaux étudiants dans les départements et cursus universitaires liés au nucléaire est passé de 579 au cours de l'exercice 1994 à 177 en 2024.

Ce que les étudiants apprennent à 0,01 watt

Environ 20 étudiants de l'université de technologie de Fukui ont participé en août à une séance de formation à l'Institut de recherche sur l'énergie atomique de Kindai. Devant un tableau de commande, ils se sont exercés à amener une réaction nucléaire en chaîne à un état stable.

Lorsque la valeur affichée a atteint 0,01 watt, un étudiant participant à l'exercice a annoncé le résultat :

0,01 watt. Nous avons atteint la criticité.

La criticité signifie que chaque génération de fissions nucléaires fournit suffisamment de neutrons pour entretenir la génération suivante. Dans un réacteur contrôlé, les opérateurs peuvent maintenir cette réaction à un niveau stable. Ici, les étudiants l'ont atteinte à seulement un centième de la puissance thermique maximale du réacteur.

L'exercice permet aux étudiants de relier les calculs aux instruments, aux gestes de commande et à une véritable réaction en chaîne. Avec une puissance thermique aussi faible, un réacteur peut enseigner les principes de son fonctionnement sans produire d'électricité.

Genichiro Wakabayashi, professeur à l'institut de Kindai, a expliqué l'objectif de cette formation :

Je veux que les étudiants apprennent ce qu'est l'énergie nucléaire et comment l'utiliser en toute sécurité.

Le guide des installations du réacteur de Kindai précise que la console de commande, située dans une pièce attenante à la salle du réacteur, a été conçue pour que les opérations de démarrage, d'arrêt et de réglage de la puissance soient adaptées à la formation des étudiants.

Le fonctionnement du réacteur pédagogique

Le réacteur UTR-KINKI mesure environ 2 mètres de haut et 4 mètres de diamètre. Souvent qualifié de réacteur de puissance nulle en raison de sa puissance extrêmement faible, il utilise de l'eau pour ralentir les neutrons et du graphite autour du cœur pour en réfléchir une partie vers le combustible.

Les neutrons ralentis contribuent à entretenir la fission dans le combustible à l'uranium. Le graphite aide à maintenir la disponibilité des neutrons nécessaires à la réaction, tandis que les barres de commande permettent aux opérateurs de la réguler. Kindai recense cinq détecteurs de neutrons et quatre barres de commande parmi les instruments utilisés pour contrôler la puissance du réacteur.

Le cœur contient 12 éléments combustibles plats en alliage d'uranium et d'aluminium, répartis en deux groupes de six. Cette configuration compacte se prête aux expériences et à la formation, plutôt qu'à la production de grandes quantités de chaleur nécessaire dans une centrale nucléaire commerciale.

Kindai indique que l'activité gamma résiduelle du réacteur est très faible. Son blindage permet d'accéder à la salle du réacteur pendant son fonctionnement, où des contrôles radiologiques sont effectués. Les étudiants apprennent donc la radioprotection en parallèle de la physique des réacteurs : le blindage, la surveillance et le contrôle des accès font toujours partie du travail, même à très faible puissance.

Plus de six décennies d'utilisation partagée

L'historique de l'institut de Kindai présente UTR-KINKI comme le premier réacteur privé et universitaire du Japon. Son développement s'est étalé de la création de l'institut en 1960 jusqu'à des ajouts ultérieurs qui ont élargi ses possibilités de recherche.

• Avril 1960 : Kindai crée l'Institut de recherche sur l'énergie atomique pour la recherche et l'enseignement.
• Août 1960 : L'installation du réacteur est approuvée.
• 11 novembre 1961 : Le réacteur atteint la criticité pour la première fois, à une puissance thermique de 0,1 watt.
• Octobre 1974 : La puissance thermique maximale est portée à 1 watt.
• Janvier 1984 : Des installations sont ajoutées pour l'irradiation de petits animaux, la radiographie neutronique et l'extension de l'irradiation verticale.
• 27 septembre 2022 : Le Japon et les États-Unis annoncent leur engagement à convertir le combustible du réacteur.

La radiographie neutronique utilise des neutrons pour examiner l'intérieur d'objets, à la manière d'une radiographie aux rayons X qui révèle les structures internes au moyen d'une autre forme de rayonnement. Les installations d'irradiation permettent aux chercheurs d'exposer des échantillons à des rayonnements dans des conditions contrôlées.

Parmi les étudiants qui utilisent le réacteur de Kindai à des fins pédagogiques et de formation figurent des étudiants des universités d'Osaka, de Kobe, de Nagoya et de Kyushu. L'institut propose également des ateliers et des séminaires à destination des enseignants et du grand public. Son rôle dépasse donc celui de la formation des seuls étudiants de son université.

Une installation très sollicitée, mais peu rémunératrice

Kindai fait fonctionner le réacteur environ 130 jours par an, hors inspections et autres opérations de maintenance. En plus des cours universitaires, des entreprises y mènent des projets allant de recherches liées au traitement du cancer à des simulations d'opérations de démantèlement nucléaire.

Wakabayashi a décrit les contraintes qui pèsent sur le calendrier :

(C'est tellement chargé) qu'il y a à peine de jours de repos.

L'université estime à environ 200 millions de yens par an les coûts de maintenance et de sécurité. Les frais d'utilisation facturés aux entreprises et les subventions publiques à la formation pratique représentent ensemble environ 6 millions de yens. Ces recettes couvrent environ 3 % des coûts annuels annoncés, laissant quelque 194 millions de yens à la charge de Kindai, qui doit les financer par d'autres moyens.

Cette comparaison explique pourquoi un calendrier de formation chargé peut aller de pair avec des difficultés financières. Le réacteur accueille des étudiants de plusieurs universités et soutient des recherches extérieures, tandis que Kindai assume l'essentiel des dépenses récurrentes. Le projet de conversion, beaucoup plus coûteux, viendrait s'ajouter à cette charge permanente.

Pourquoi l'uranium doit être remplacé

Les États-Unis ont fourni à l'origine l'uranium hautement enrichi utilisé à Kindai et ont demandé son retour en raison des risques d'une éventuelle utilisation dans des armes nucléaires. L'enrichissement consiste à augmenter la proportion d'uranium 235, l'isotope de l'uranium qui permet le plus facilement d'entretenir une réaction de fission en chaîne. Le combustible faiblement enrichi en contient une proportion moindre que le combustible hautement enrichi.

L'Administration nationale de la sécurité nucléaire des États-Unis (NNSA) et le ministère japonais de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie ont détaillé cet engagement dans leur annonce de septembre 2022. Ils ont convenu de convertir UTR-KINKI à un combustible faiblement enrichi et de renvoyer aux États-Unis la totalité de son uranium hautement enrichi.

La NNSA a indiqué qu'après le retrait de cette matière de l'assemblage critique de l'université de Kyoto, Kindai était devenu le dernier réacteur de recherche japonais utilisant de l'uranium hautement enrichi. Cet accord s'inscrit dans un effort plus vaste visant à réduire la quantité de matières nucléaires susceptibles d'être utilisées dans des armes.

Après la conversion, le combustible actuel doit être transporté en toute sécurité aux États-Unis afin d'y être dilué pour obtenir de l'uranium faiblement enrichi, d'y être éliminé autrement, ou les deux. La dilution consiste à mélanger une matière hautement enrichie à de l'uranium contenant moins d'uranium 235, afin d'en réduire la concentration.

Jill Hruby, alors administratrice de la NNSA, a évoqué la coopération bilatérale lors de la cérémonie de signature :

Nous apprécions l'étroitesse de nos relations bilatérales avec le Japon et nous réjouissons d'annoncer l'aboutissement de ce nouvel engagement dans les années à venir.

Un engagement de sécurité qui se chiffre en milliards

Le coût estimé de la conversion se chiffre en dizaines de milliards de yens. Kindai devrait en payer une partie, ce qui constituerait un deuxième défi financier, en plus du déficit annuel d'exploitation. Le remplacement du combustible doit permettre au réacteur de continuer à remplir ses missions d'enseignement et de recherche avec le nouveau matériau.

Aucune date ferme pour l'achèvement de la conversion ni répartition définitive des coûts n'a été annoncée. Dans sa déclaration de 2022, Hruby évoquait un achèvement dans les années à venir, sans que l'annonce fixe de calendrier public précis pour l'université.

En annonçant l'accord avec Kindai, la NNSA a décrit un programme de portée bien plus large. Plus tôt en 2022, le président américain Joe Biden et le Premier ministre japonais Fumio Kishida avaient annoncé le retrait de plus de 30 kilogrammes d'uranium hautement enrichi de trois réacteurs de recherche japonais.

À l'époque, le Bureau de la gestion et de la réduction des matières de la NNSA indiquait avoir converti 108 réacteurs de recherche et installations de production d'isotopes médicaux dans le monde, ou avoir vérifié leur mise à l'arrêt. Il faisait également état du retrait ou de la confirmation de l'élimination de près de 7 275 kilogrammes de matières nucléaires utilisables dans des armes.

Le défi de Kindai se situe à la croisée des objectifs de sécurité et du financement de l'enseignement. Les deux gouvernements se sont engagés à retirer le combustible actuel, tandis que la poursuite de la formation pratique dépend de la capacité de l'université à financer le dispositif de remplacement.

Moins d'étudiants, moins de lieux de formation

Le Japon comptait autrefois six réacteurs pédagogiques installés dans des universités. Il n'en reste que deux, et l'arrêt temporaire de celui de Kyoto fait de Kindai la seule université disposant d'une installation en activité. La formation pratique à Kyoto ne devrait pas reprendre avant le prochain exercice fiscal, sans date précise annoncée.

Selon les chiffres du ministère de l'Éducation, les nouveaux étudiants inscrits dans les départements et cursus liés au nucléaire étaient 177 au cours de l'exercice 2024, contre 579 en 1994. Cela représente une baisse de 402 étudiants, soit environ 69 %. Les effectifs les plus récents équivalent à environ 31 % du chiffre antérieur.

Les statistiques étudiantes de 2015 du ministère, tirées de ses statistiques de base sur les établissements scolaires, montrent que le recul a commencé avant la catastrophe de Fukushima. Ce document situe le pic des nouvelles inscriptions en 1992, suivi d'une baisse, d'une reprise à partir de l'exercice 2007, puis d'un nouveau recul après le séisme et la catastrophe de 2011.

Le même document situe le pic des effectifs étudiants totaux en 1994. Les nouvelles inscriptions comptabilisent les étudiants arrivant une année donnée ; les effectifs totaux incluent aussi ceux qui ont déjà commencé leurs études. Ces deux indicateurs éclairent différents aspects de la réduction du vivier de formation.

Wakabayashi a averti que l'accès à un réacteur réel pourrait influencer le choix d'études des futurs spécialistes :

Si les réacteurs pédagogiques disparaissent, les jeunes pourraient finir par partir étudier à l'étranger.

Des besoins de main-d'œuvre aussi pour le démantèlement

Le recours accru du Japon à l'énergie nucléaire crée un besoin de personnes connaissant le fonctionnement des réacteurs et la radioprotection. Les installations les plus anciennes nécessitent également des spécialistes capables de préparer et de mener leur démantèlement, c'est-à-dire de mettre une centrale à l'arrêt en toute sécurité et de traiter ses structures et matières radioactives.

Shunji Matsuoka, professeur à l'université Waseda, spécialiste de l'économie et des politiques environnementales, a souligné l'importance de l'expérience pratique acquise sur des réacteurs pédagogiques, aussi bien pour l'exploitation des centrales commerciales que pour leur démantèlement.

Matsuoka a également plaidé pour que les universités associent la formation technique à la responsabilité envers le public. Selon lui, elles doivent :

faire preuve de transparence dans l'exploitation des réacteurs, mieux faire comprendre leur utilité pour la société et former des spécialistes du nucléaire ouverts au dialogue et engagés dans la société.

Kindai réunit déjà plusieurs aspects de cette mission : des étudiants qui apprennent à manipuler les commandes du réacteur, des entreprises qui testent des idées liées au démantèlement d'installations et des programmes d'information du public. Son problème de financement porte sur la continuité de ces activités, ainsi que sur l'engagement international à remplacer son combustible.

La question centrale est de savoir comment financer une installation dont les utilisateurs dépassent le cadre de l'établissement qui l'entretient. Wakabayashi réclame un soutien public accru. Alors que les recettes annuelles ne couvrent qu'environ 3 % des frais de maintenance et de sécurité et qu'une importante dépense de conversion se profile, cette demande concerne à la fois le fonctionnement quotidien et la capacité du réacteur à poursuivre sa mission pédagogique avec un autre combustible.

À retenir

• Le réacteur de Kindai, à Higashiosaka, est le seul réacteur universitaire actuellement en activité au Japon et a formé plus de 250 étudiants au cours de l'exercice 2024.
• La maintenance et la sécurité coûtent environ 200 millions de yens par an, contre quelque 6 millions de yens de frais facturés aux entreprises et de subventions publiques à la formation.
• En septembre 2022, le Japon et les États-Unis se sont engagés à remplacer son uranium hautement enrichi et à renvoyer le combustible actuel aux États-Unis.
• La conversion devrait coûter plusieurs dizaines de milliards de yens, Kindai devant en assumer une partie.
• Le nombre de nouveaux étudiants dans les départements et cursus universitaires liés au nucléaire est passé de 579 au cours de l'exercice 1994 à 177 en 2024.
• L'installation forme des étudiants à l'exploitation des réacteurs et soutient la recherche ainsi que les travaux liés au démantèlement.