INTRODUCTION

Etymologie : du latin nucleus, noyau, partie intérieure d’une chose.

Il existe 2 manières d’extraire de l’énergie : en fissionnant l’atome ou en le fusionnant.

La fission nucléaire est utilisée dans nos centrales nucléaires. Elle est composée d’uranium radioactif, et déclenche de l’énergie en chaine qui sera utilisée. Elle génère des déchets radioactifs polluant.

La fusion nucléaire encore à l’état de recherche est une énergie propre. C’est une force énergétique qui alimente notre Soleil et toutes les autres étoiles de l’Univers.

Bonnes explications sur ce lien, pour les plus forts. 

1 – Le noyau 

Fission 

C’est l’impact d’un neutron, lancé à très grande vitesse contre le noyau de l’uranium, qui provoque l’éclatement ou « fission » de ce dernier. Il en résulte l’éjection de deux noyaux plus légers ainsi que de plusieurs neutrons. Ces derniers peuvent alors provoquer de nouvelles fissions d’autres noyaux, libérant de nouveaux neutrons et ainsi de suite.

Pour que le noyau et les électrons restent stables entre eux, ils seront liés par une énergie de liaison. S’ils ne sont pas bien liés entre eux, les atomes deviennent instables et se transforment. Ils sont donc radioactifs.

C’est à ce moment que l’humain entre en jeu, pour créer des réactions en chaine, et produire de l’énergie.

Fission du noyau

Le soleil

Fusion du noyau

Fusion

C’est pousser les noyaux des atomes les uns contre les autres pour les pousser à fusionner. Mais les noyaux, étant composés de protons (charge positive), rechignent à fusionner : comme deux aimants qui portent une même charge ils se repoussent avec force. Il faut donc apporter une énergie énorme pour vaincre cette répulsion. Une fois les noyaux fusionnés, ils disparaissent et se transforment en énergie pure.

2 – Des réacteurs à neutrons grâce à l’uranium

La fission spontanée existe mais elle est très rare. Le seul élément naturellement fissile est luranium 235. L’uranium naturel se compose de trois isotopes radioactifs, soit des neutrons (particule électrique neutre) et des protons (particule positive). Les protons et les neutrons constituent le noyau atomique. Un « Atome » est la plus petite quantité susceptible de se combiner.

L’atome radioactif est cassé avec des neutrons, ce qui donne des atomes radioactifs plus petits, et donc  beaucoup d’énergie. Et la chaine ensuite :  des neutrons iront casser d’autres gros atomes radioactifs, une énergie transformée en électricité. 

L’énergie est récupérée pour faire chauffer de l’eau qui fait tourner des turbines et génère du courant électrique. Pour éviter que la réaction ne s’emballe, on met des barres de plomb qui absorbent les neutrons excédentaires.

Le système de neutrons rapides est refroidi soit au gaz (GFR) soit au sodium (SFR) soit au plomb (LFR)

Divers uranium radioactif

La production mondiale d’uranium atteint près de 58 400 tonnes en 2012. Les principaux pays producteurs sont : le Kazakhstan « 36,5% »,  le Canada « 15,4% »  et l’Australie « 12,0% ».

3 – Le nucléaire dans le monde 

Une production de 2 606 TWh en 2016, soit 10,4 % de la production mondiale d’électricité, le nucléaire est la 3e source de production d’électricité dans le monde.

En 2017, le monde compte 454 réacteurs nucléaires en fonctionnement, répartis dans 31 pays.

En France, le nucléaire est la 1ère source de production et consommation d’électricité. Elle provient de 58 réacteurs de différents niveaux de puissance constituant un parc réparti sur l’ensemble du territoire. Soit 60 % de la production française d’électricité est d’origine nucléaire.

L’énergie thermique :

Un combustible (gaz, charbon, fioul) est brûlé.

La vapeur fait tourner  un alternateur qui donnera de  l’énergie. Un transformateur élève la tension du courant électrique produit, pour facilement le transporter dans des lignes à très haute tension.

4 – Découverte de la radioactivité en 1896

Henri Becquerel découvrit la radioactivité par hasard. Le becquerel est l’unité de la radioactivité.

Alors qu’il fait des recherches sur la fluorescence des sels d’uranium, les nuages masquent le soleil. Dépité, Henri Becquerel range les plaques photographiques pourtant  le sel d’uranium est déjà imprégné. Puis, par acquis de conscience, il les développe. A sa grande surprise les plaques sont imprimées ! Becquerel fait la découverte de la radioactivité, c’est-à-dire l’émission spontanée (sans apport d’énergie extérieure) de radiation par une substance inerte.

Henri Becquerel  s’intéressera aux découvertes du Physicien Röntgen, sur les « caractéristiques des cristaux ». Il décidera de faire des recherches sur les liens entre les rayons X et la fluorescence à l’aide d’une préparation de sel phosphorescent d’uranium

 

 

Antoine Henri Becquerel

1852 Paris

1908 à 55 ans

Wilhelm Conrad Röntgen

1845 Royaume de Prusse

1923 à 77  ans

5 – Nouvelle génération

  • Extraire la chaleur

Le fonctionnement d’une centrale nucléaire. La fission des atomes d’uranium produit de la « chaleur ».

  • Produire de la vapeur

La chaleur transforme l’eau en « vapeur » et met en mouvement une turbine reliée à un alternateur qui produit de l’électricité. Les pastilles d’oxyde d’uranium pèsent 8,3 grammes et une hauteur de 1,35 cm. Un « crayon » de réacteur REP  contient 272 pastilles bout à bout. Sa longueur est de 3,85 m et son poids de combustible est d’environ 2 kg.

  • Condenser la vapeur et évaquer la chaleur

Le « réacteur à eau »  pressurisée, ou PWR , est la filière de réacteurs nucléaires la plus répandue dans le monde en 2017. Le nucléaire utilise beaucoup d’eau pour des besoins de refroidissement indispensables au procédé de production d’électricité.  Implantées en bord de mer ou sur des fleuves à gros débit, le fonctionnement est en circuit ouvert : l’eau est intégralement restituée.

Tokamak, 

Chambre de bobines magnétiques

23 000 tonnes

Usine d’uranium

Le réacteur européen à eau pressurisée 

EPR

Conclusion

La découverte de la radioactivité dans notre Nature au départ était pour servir la guerre, c’est un point à ne jamais oublier. Ensuite, pour rendre plus propres ces recherches, à l’époque de l’industrialisation, l’usage de la radioactivité a servi à procurer de l’électricité.

L’époque en un siècle, a utilisé toutes les ressources planétaires, pour un usage « commercial« . L’époque a évolué au niveau matériel et technologique. Comme toujours, les difficultés ramènent à trouver du sens à ce que l’humain fait. Aujourd’hui, toutes les actions de ces chercheurs en tous domaines ont permis d’obtenir LE WEB. Cet outil magnifique qui permet d’enrichir nos connaissances à tous points de vue.

Merci de laisser vos réflexions en  commentaire, qui permettront d’approfondir sur tous ses sujets abordés.

 Texte d’Axelle Perrève

Sous le contrôle de Wandrille futur Ingénieur.

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