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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Qu'est-ce que l'énergie atomique?

L'énergie atomique est l'énergie qui maintient ensemble les sous-particules d'un atome. Un atome est composé de trois sous-particules: les neutrons, les protons et les électrons. Les neutrons et les protons constituent le noyau et sont maintenus ensemble par des liaisons énergétiques très fortes.

Qu'est-ce que l'énergie atomique?

L'union ou la destruction de ces liens génère une énorme quantité d'énergie qui peut être utilisée de différentes manières: électricité, armes nucléaires, propulsion de véhicules.

Souvent, lorsque nous parlons d'énergie atomique ou nucléaire, nous nous référons à l'énergie obtenue à partir de cette origine.

Le nom d'énergie nucléaire est utilisé parce que la majeure partie de l'énergie d'un atome réside dans son noyau.

Il existe deux types de réactions nucléaires qui libèrent de l'énergie:

  • Dans les réactions de fission, un très gros atome (avec de nombreux protons et neutrons) est rompu. Les atomes d'uranium sont idéaux car ils sont très gros et instables.

  • Dans les réactions de fusion, le but est de joindre deux très petits atomes par confinement magnétique. Ces réactions libèrent également une grande quantité d'énergie. Ils sont plus difficiles à obtenir mais offrent de nombreux avantages.

L'énergie nucléaire est un source d'énergie propre. Toutefois, il n'est pas considéré dans le cadre des énergies renouvelables car son combustible est limité (ou moins, dans le cas de la fission nucléaire).

Comment fonctionne un centre nucléaire?

Les centrales nucléaires sont chargées d'obtenir l'énergie atomique du noyau des atomes pour produire de l' électricité. Elles sont dessinées pour la production d'électricité.

Toutes ces installations nucléaires ont un réacteur nucléaire. Le réacteur nucléaire est chargé de générer les réactions de fission des atomes.

Que sont les réactions de fission? Ce sont des réactions qui divisent le noyau d'un atome. Le résultat sont des petits éléments radioactifs et de rayonnement ionisant.

Ces réactions atomiques génèrent une grande quantité d'énergie thermique. Grâce à cette grande quantité d'énergie, il est utilisé pour générer de la vapeur - ou augmenter la pression de l'eau, selon le type de réacteur - pour entraîner une turbine.

La turbine est reliée à un alternateur responsable de la production d'électricité.

Au cours du processus, l'énergie subit les transformations suivantes:

  1. Nous partons d'un atome contenant une grande quantité d'énergie nucléaire.

  2. Obtention d'énergie thermique (par fission nucléaire).

  3. Obtention d'énergie cinétique (lors de l'activation des turbines).

  4. Obtention d'énergie électrique (via l'alternateur).

Il existe de nombreux types de centrales nucléaires pour l'utilisation de l'énergie atomique, mais conceptuellement, elles fonctionnent toutes selon un processus similaire: réaction nucléaire pour obtenir de la chaleur, entraîner une turbine et transformer l'énergie mécanique en électricité.

Les réacteurs nucléaires les plus courants sont:

  • Réacteurs à eau sous pression (REP)

  • Réacteurs à eau bouillante (BWR).

Jusqu'à présent, toutes les centrales nucléaires du monde sont à fission.

Que sont les réacteurs de recherche?

Un réacteur de recherche technologique est un réacteur nucléaire utilisé à des fins scientifiques. Ces réacteurs sont la clé du développement et de l'évolution de la technologie nucléaire civil.

Les réacteurs de recherche ont moins de puissance que les réacteurs nucléaires utilisés à d'autres fins. Un réacteur de centrale nucléaire typique a une capacité thermique de 3 000 MW (mégawatts), tandis que les réacteurs de recherche ont une capacité comprise entre 10 kilowatts et 10 mégawatts.

Par rapport aux réacteurs conventionnels, les réacteurs de recherche sont:

  • Plus simple.

  • Ils fonctionnent à des températures plus basses.

  • Ils nécessitent moins de combustible et génèrent donc moins de combustible usé.

Le combustible utilisé dans ces types de réacteurs est généralement de l'uranium plus enrichi, généralement jusqu'à 20% d'uranium 235. Certains réacteurs utilisent 93% d'uranium 235.

Le grand rapport volume / puissance dans le noyau nécessite des techniques spéciales dans sa conception. Comme pour les autres réacteurs, le cœur doit être refroidi. Ils sont généralement refroidis par convection naturelle ou forcée avec de l'eau.

Un modérateur neutronique est également utilisé pour ralentir les neutrons et contrôler les réactions atomiques en chaîne qui se produisent.

Par exemple, le comité à l'énergie atomique est un acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation.

Combustible nucléaire

Pour déclencher des réactions atomiques, tous les atomes ne sont pas techniquement adaptés.

Combustible pour réacteurs à fission: uranium et plutonium

Dans le cas des réactions de fission nucléaire, de très gros atomes (avec de nombreux protons et neutrons) sont nécessaires car ils sont très instables. Les atomes d'uranium et de plutonium remplissent ces conditions.

Les atomes d'uranium et de plutonium peuvent avoir différentes configurations. Ces configurations dépendent du nombre de neutrons qu'ils ont dans le noyau. Chacune de ces configurations est un isotope différent du même atome.

L'uranium peut être obtenu naturellement. L'uranium naturel est trouvé avec une composition d'isotopes d'uranium, certains d'entre eux très instables. Pour améliorer ses performances, l'uranium naturel est soumis à un processus d'enrichissement pour obtenir une proportion plus élevée de neutrons qui le rend moins stable, par exemple l'uranium-235.

Combustible pour réacteurs à fusion: deutérium et tritium.

D'autre part, dans la fusion nucléaire, de très petits atomes sont nécessaires pour faciliter la formation des liaisons de force qui les uniront.

L'atome idéal est le plus petit de tous: l'hydrogène, qui n'a qu'un seul proton.

Comme l'uranium, l'hydrogène possède plusieurs isotopes. Ceux qui conviennent le mieux aux réactions de fusion atomique sont le deutérium et le tritium.

À l'heure actuelle, aucune centrale nucléaire n'utilise la fusion nucléaire pour des raisons techniques. Or, en France, un réacteur nucléaire de recherche est en cours de construction pour y parvenir: c'est le projet ITER. On croit que c'est la technologie nucléaire du futur.

Qu'est-ce que le cycle du combustible nucléair ?

Le cycle du combustible nucléaire est la progression du combustible nucléaire à travers un certain nombre d'étapes différentes. Il comprend les étapes de

  • La période initiale , qui sont la préparation du combustible

  • La période de service au cours desquelles le combustible est utilisé pendant le fonctionnement du réacteur

  • Les étapes de la période finale, qui sont nécessaires pour gérer en toute sécurité, afin de traiter ou d'éliminer du combustible nucléaire usé.

Si le combustible usé n'est pas retraité, le cycle du combustible est appelé cycle du combustible ouvert (ou cycle du combustible en une étape ), si le combustible usé est retraité, est appelé cycle du combustible fermé.

Quels sont les avantages et les inconvénients de l'énergie atomique?

L'utilisation de l'énergie atomique présente des avantages et des inconvénients.

Avantages

  • L'énergie atomique permet d'obtenir une grande quantité d'énergie avec peu de carburant.

  • Cela ne dépend pas des combustibles fossiles. Cela signifie qu'il n'émet pas de gaz à effet de serre et ne contribue pas au réchauffement climatique. Par conséquent, cela n'affecte pas négativement le changement climatique.

Désavantages

Auteur :

Date de publication : 22 août 2018
Dernier examen : 16 octobre 2020