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Qu'est-ce
que l'énergie nucléaire ?
Toute matière solide, liquide ou gazeuse qui
nous entoure se constitue d'atomes.
Les atomes sont constitués de particules encore plus petites :
les protons et les neutrons, qui composent les noyaux des atomes.
L'énergie nucléaire est emmagasinée dans les particules
composant le noyau des atomes.
Le nombre de protons permet de distinguer les différents
éléments.
Les neutrons et protons existent en nombre variable dans les noyaux des
atomes.
Le noyau le plus simple, l'atome d'hydrogène, est constitué
d'un seul proton.
Le noyau de l'atome d'oxygène est plus complexe : il comprend 8
protons et 8 neutrons.
Le noyau de l'atome d'uranium est celui qui contient le plus grand nombre
de particules : 92 protons et 143 ou 146 neutrons.
Fission
nucléaire
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Dans le noyau, l'énergie
de liaison assure la cohésion
des particules du noyau. Une partie de cette importante énergie
peut être libérée lors de la division du noyau
de l'atome en deux parties. Ce processus, appelé
fission nucléaire, est réalisé
par un neutron qui vient percuter un noyau, le déstabilise
et l'éclate en deux.
La fission nucléaire est impossible pour
la plupart des noyaux. Cependant quelques éléments,
comme l'uranium, peuvent se diviser libérant ainsi une énorme
quantité d'énergie, source de l'énergie
nucléaire.
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(source: http://semsci.u-strasbg.fr/nuclear.htm)
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Histoire
de l'énergie nucléaire
La Seconde Guerre mondiale a permis le développement
de l'énergie nucléaire. En 1939, le couple de scientifiques
français Marie et Pierre Curie découvrirent que la fission
des noyaux d'uranium s'accompagnait d'émission de trois neutrons.
Quand un atome d'uranium se désintègre,
il se divise en deux et libère trois neutrons. Si l'un de ces neutrons
entre en collision avec un autre atome d'uranium et le désintègre,
d'autres neutrons sont libérés et désintègrent
d'autres atomes et ainsi de suite. La réaction en chaîne
continue et produit un flux régulier d'énergie.
Pour fabriquer de l'électricité,
l'uranium doit libérer de l'énergie régulièrement
pendant longtemps. Ce processus continu est appelé réaction
en chaîne.
L'illustration ci-dessous représente la première réaction
nucléaire en chaîne contrôlée ; elle fut réalisée
par le physicien italien Enrico Fermi, à l'université de
Chicago (Etats-Unis) en décembre 1942.
L'exploitation
de l'énergie nucléaire
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Cette abondante source d'énergie est exploitée
dans des centrales nucléaires, leur principal combustible
nucléaire utilisé étant l'uranium. Ce minerai
ne peut être utilisé dans les centrales nucléaires,
car il contient trop peu d'uranium, environ 2% ou même moins.
Il faut le traiter pour en extraire l'uranium.
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(source: revue de physique "L'Attracteur")
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Principe d'extraction : Le minerai est d'abord broyé,
puis dissout dans de l'acide pour en séparer l'uranium des déchets
rocheux. L'uranium est séparé de la forme d'oxyde d'uranium,
puis il est traité dans des usines où il est transformé
en combustible nucléaire.
Le plutonium
Il n'existe dans la nature qu'en infime quantité. Il est utilisé
le plus souvent dans des réacteurs nucléaires, par bombardement
de l'uranium 238 avec des neutrons. Le plutonium est extrêmement
dangereux, car il est particulièrement explosif. Il peut être
aussi utilisé dans les armes.
Les usines nucléaires produisent des combustibles
qui sont retraités, mais aussi des déchets.
Déchets nucléaires
Ces déchets d'usines se divisent en trois catégories à
des niveaux différents de radioactivité :
liquides, solides ou gazeux.
Radioactivité
On peut d'écrire l'activité radioactive d'une matière
en utilisant le terme de demie-vie. La demie-vie est le temps nécessaire
à l'épuisement de la moitié de ses atomes. Une demie-vie
peut aller d'un millionième de seconde à plusieurs milliards
d'années (l'uranium 238 a une demi-vie de 4,5 milliards d'années).
L'impact sur l'environnement
Les centrales nucléaires ne causent pas de pollution de l'air immédiat,
contrairement aux centrales thermiques qui utilisent le charbon et le
gaz comme combustibles. Mais les déchets qu'elles produisent vont
cependant rester dangereusement radioactifs pendant des milliers d'années.
Le combustible nucléaire est si dangereux qu'il ne doit pas être
mis en contact avec l'environnement.
Le stockage des déchets
nucléaires
L'objectif de la gestion des déchets radioactifs est d'assurer,
pendant toute la durée nécessaire et en toutes circonstances,
la protection des populations contre les risques radiologiques. Il est
aussi de préserver l'environnement.
Diverses méthodes de stockages sont utilisées
selon le niveau de radioactivité. La plus grande partie des déchets
peu ou moyennement radioactifs est enfermée dans des conteneurs
étanches et stockée en surface, dans des entrepôts
spéciaux. Plus tard, ils peuvent être stockés sous
terre.
Les déchets les plus radioactifs sont souvent transformés
en verre, par un procédé appelé vitrification,
avant d'être enterrés très profondément. Mais
le sol doit être parfaitement stable, sans aucun risque de tremblement
de terre ou d'activité volcanique. Une autre alternative consiste
à les enfouirent dans des fûts sous le sol marin.
L'exploitation de l'énergie
nucléaire dans le monde
Le nucléaire et les énergies renouvelables (hydraulique
compris) ne couvrent que 6 et 7 % des besoins énergétiques
mondiaux, et 17 et 19 % de la production d'électricité mondiale.
L'exploitation de l'énergie
nucléaire en France
La France, après la Lituanie, est le pays dont la part d'électricité
d'origine nucléaire est la plus élevée du monde.
Elle est également l'un des seuls pays à maîtriser
toutes les étapes de la filière nucléaire, de l'extraction
de l'uranium à la gestion des déchets radioactifs, en passant
par la construction en série de centrales. La France possède
25 centrales nucléaires.
L'énergie nucléaire est donc la principale énergie
primaire en France avant même l'hydraulique.
Les centrales thermiques nucléaires
Les centrales thermiques sont des machines à vapeur
géantes. Elles utilisent la chaleur dégagée par un
combustible pour faire bouillir de l'eau et fabriquer de la vapeur qui
entraîne un turbogénérateur produisant de l'électricité.
La seule différence entre les centrales thermiques nucléaires
et les autres centrales thermiques est le type de combustible utilisé
et la façon dont ce combustible produit de la chaleur. Les combustibles
fossiles, le charbon et le gaz, doivent être brûlés
pour dégager l'énergie qu'ils contiennent, alors que les
combustibles nucléaires libèrent leur énergie sans
brûler.
Les réacteurs nucléaires
Les réacteurs nucléaires produisent de la chaleur
qui est transmise à de l'eau pour fabriquer de la vapeur. La vapeur
entraîne l'axe d'une turbine qui, en tournant, transmet son énergie
à un générateur. Ce dernier convertit le mouvement
en énergie électrique.
Il existe deux types de réacteurs nucléaires
:
- Les réacteurs thermiques :
la majorité des centrales nucléaires possède des
réacteurs thermiques. C'est une réaction en chaîne
qui est entretenue par des neutrons lents, également appelés
neutrons thermiques.
- Les réacteurs à neutrons
rapides : ces types de réacteurs ne contiennent pas de modérateur
qui ralenti les neutrons produisant la fission. Grâce à cette
absence de modérateur, les réacteurs à neutrons rapides
sont beaucoup plus petits que les réacteurs thermiques. Ils utilisent
aussi un combustible différent, un mélange de plutonium
et d'uranium.
L'avenir de l'énergie nucléaire
La fusion nucléaire
Dans le futur, les centrales nucléaires fonctionneront peut-être
en utilisant l'hydrogène,
un combustible plus sûr, non radioactif.
Principe de fonctionnement : Si les noyaux d'hydrogène
entrent en collision avec une force suffisante, ils s'agglomèrent
pour former des noyaux d'hélium et libèrent de l'énergie.
C'est le principe de la bombe à l'hydrogène. Mais, dans
le cas de la bombe, la réaction de fusion de l'énergie libérée
n'est pas contrôlée. Le défi est de concevoir un réacteur
dans lequel l'énergie produite par la fusion nucléaire puisse
être maîtrisée pour produire de l'électricité.
L'énergie des étoiles
La fusion nucléaire exige des températures de millions de
degrés pour accélérer les neutrons et engendrer des
collisions assez violentes pour provoquer leur fusion. Dans la nature,
le seul exemple de fusion nucléaire se rencontre dans le cœur
des étoiles. Des scientifiques tentent donc de construire un réacteur
fonctionnant comme le centre du soleil. Ils y sont déjà
parvenus, mais le réacteur ne fonctionne que pendant quelques secondes
consécutives.
Réacteurs à fusion
:
Ils utilisent des isotopes rares de l'hydrogène, le deutérium
et le tritium. Le deutérium provient de l'eau et le tritium peut
être produit à partir du lithium, un métal léger
qui se trouve dans les roches et les sources minérales. Le deutérium
et le tritium sont tous deux plus lourds que l'hydrogène normal
et fusionnent plus facilement.
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