L'énergie nucléaire est l'énergie interne que possèdent les noyaux des atomes. En général, la définition d’énergie nucléaire est également utilisée pour désigner la manière d'exploiter cette énergie.
Les atomes sont les plus petites particules en lesquelles un matériau peut être divisé et sont composés d'un noyau et d'un nuage d'électrons. Le noyau atomique, à son tour, est composé de deux sous-particules (neutrons et protons) qui sont maintenues ensemble par des liaisons énergétiques. Selon l'élément chimique, la création ou la destruction de ces liaisons libère une énorme quantité d'énergie sous forme de chaleur.
Cette forme d’énergie consiste à exploiter cette énergie interne pour une grande variété d'applications. L'application la plus connue de l'énergie atomique est la production d'énergie électrique dans les centrales nucléaires.
Les centrales atomiques sont des installations destinées pour la production d’électricité en utilisant l'énergie thermique libérée à cause des réactions nucléaires produites dans le réacteur nucléaire. Par la suite, l'énergie thermique est convertie en énergie électrique par des transformations thermodynamiques et mécaniques.
Le principal avantage de l’électricité nucléaire est qu'elle est une alternative aux combustibles fossiles. En plus, les centrales atomiques n’émettent pas de gaz à effet de serre. D'autre part, les déchets générés mettent des millions d'années à disparaître.
Comment fonctionne l'énergie nucléaire ?
Afin de profiter de l'énergie nucléaire présente dans le noyau des atomes, cela peut se faire de deux manières : scinder le noyau d'un atome ou fusionner le noyau de deux atomes. Dans le premier cas on l'appelle fission nucléaire et dans le second fusion nucléaire.
Lorsque l'une de ces deux réactions physiques se produit, les atomes subissent une légère perte de masse. Cette masse perdue est convertie en une grande quantité d'énergie thermique comme l'a découvert Albert Einstein avec sa fameuse équation E=mc2.
Technique 1 : Fission Nucléaire
La fission nucléaire est un moyen d'obtenir l'énergie contenue dans un atome d’uranium 235 en divisant le noyau atomique en différentes particules plus petites. Le résultat de ce réaction de fission est une grande quantité d’énergie libérée qui peut ensuite être utilisée de différentes manières.
L'une des caractéristiques importantes de la fission des atomes est qu'elle est générée en bombardant un atome instable avec un neutron. Une fois le noyau fusionné, en plus des particules, un ou deux neutrons supplémentaires sont laissés libres qui peuvent entrer en collision avec d'autres atomes, générant une réaction en chaîne.
L’énergie libérée est captée par le circuit primaire qui transfère la chaleur à un échangeur de chaleur qui, à son tour, génère de la vapeur d’eau pour actionner des turbines à vapeur.
Les particules résultantes sont considérées comme du combustible usé qui doit être remplacé lorsque le rapport est trop élevé et empêche les neutrons libres de trouver des atomes à fission.
La fission des atomes est le type de réaction utilisé dans tous les types de réacteurs pour produire de l’électricité aujourd'hui. La plupart de ces réacteurs sont des réacteurs à eau légère.
Technique 2 : Fusion nucléaire
La fusion nucléaire est le processus inverse, c'est-à-dire la fusion du noyau de deux atomes. Pour obtenir la fusion, les noyaux des atomes doivent être soumis à des conditions de pression et de température très élevées. Une grande quantité d'énergie est également obtenue par ce type de réaction.
Cependant, techniquement, il n'a pas encore été possible de construire des réacteurs nucléaires viables pour la production d'électricité.
Cette technique présente de multiples avantages par rapport à la fission :
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C'est plus durable pour la planète.
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Meilleure performance.
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Ce serait une source d'énergie renouvelable.
Un exemple d'énergie de fusion nucléaire est l'énergie produite par le Soleil. Au cœur de l'étoile de notre système solaire, des réactions de fusion nucléaire sont générées.
A quoi sert l'énergie nucléaire ?
Une fois que l'on connaît la définition de l'énergie nucléaire, on comprend mieux quelles applications on peut lui donner. L'énergie nucléaire a une grande variété d'applications. Les applications les plus connues de l'énergie nucléaire sont la production d'électricité dans les centrales atomiques et dans le domaine militaire.
Dans tous les cas, certains réacteurs nucléaires ont pour fonction de générer des radio-isotopes utilisables dans le domaine de la médecine, du traitement des pestes, etc. En médecine, le rayonnement nucléaire est utilisé pour effectuer des radiographies ou certains traitements radiologiques.
Dans le domaine militaire, il est utilisé pour créer des armes et aussi pour la propulsion de véhicules. Les effets que les armes nucléaires peuvent avoir sur la population sont dévastateurs. À ce jour, la bombe atomique n'a été larguée que deux fois (sur les villes de Nagasaki et d'Hiroshima pendant la Seconde Guerre mondiale). Malgré cela, il existe un grand nombre de traités et d'accords pour réglementer ces activités.
Dans le domaine militaire, la technologie nucléaire est également utilisée pour propulser des véhicules et des missiles car elle permet une grande autonomie avec très peu de carburant.
Qu'est-ce que le combustible nucléaire ?
Lorsque nous parlons de combustible nucléaire, nous nous référons au matériau utilisé pour générer des réactions nucléaires. Les réacteurs à fission ont besoin d'atomes instables qui peuvent être facilement brisés.
L'uranium est un élément chimique qui se trouve dans la nature et qui remplit ces conditions. Cependant, pour que l'uranium naturel soit utilisé comme combustible nucléaire, il doit subir un processus d'enrichissement qui le rend encore plus instable et donc plus efficace pour les centrales nucléaires.
Les réserves d'uranium de la planète ne sont pas considérées comme illimitées, l'énergie nucléaire n'est donc pas considérée comme une énergie renouvelable comme l'énergie solaire ou éolienne.
Dans le cas de la fusion nucléaire, le matériau le plus optimal est celui qui a la structure atomique la plus simple, c'est-à-dire le plus petit nombre de protons. Pour l'instant, nous travaillons principalement avec deux isotopes de l'hydrogène : le tritium et le deutérium, le premier élément du tableau périodique.
