Le domaine de l’énergie nucléaire est vaste et complexe et englobe un large éventail de concepts techniques et d’applications. Cet article propose un court glossaire des concepts de base avec des définitions claires et concises des termes clés liés à l'énergie nucléaire.
Des processus fondamentaux de fission et de fusion aux concepts associés à la sécurité, à la gestion des déchets et aux applications pratiques, chaque terme est expliqué pour fournir une base solide de connaissances.
Qu'est-ce que l'énergie nucléaire ?
L'énergie nucléaire est un moyen d'obtenir de l'électricité en tirant parti de l'énergie stockée dans les noyaux des atomes. Dans les centrales nucléaires, un processus appelé fission nucléaire a lieu, dans lequel les noyaux d'atomes tels que l'uranium sont divisés en parties plus petites. Ce processus libère une grande quantité de chaleur, qui est utilisée pour chauffer de l'eau et produire de la vapeur pour entraîner une turbine reliée à un générateur. De cette façon, l’énergie des atomes est convertie en électricité.
Outre la production d’électricité, l’énergie nucléaire a d’autres utilisations importantes. Par exemple, il est utilisé en médecine pour réaliser des diagnostics et des traitements, dans la recherche scientifique pour étudier les matériaux et dans l'industrie pour irradier les aliments et contrôler la qualité des matériaux. D'autre part, il est également utilisé dans la propulsion des sous-marins et des porte-avions et même pour la création de bombes au grand pouvoir destructeur.
Réactions nucléaires : fission et fusion
Afin de profiter de l’énergie nucléaire présente dans le noyau des atomes, cela peut se faire de deux manières : diviser le noyau d’un atome ou fusionner le noyau de deux atomes. Dans le premier cas on parle de fission nucléaire et dans le second de fusion nucléaire.
Lorsqu’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 célèbre équation E=mc².
Technique 1 : Fission nucléaire
La fission nucléaire est un moyen d'obtenir l'énergie contenue dans un atome en divisant le noyau atomique en différentes particules plus petites. Ces types de réactions génèrent une grande quantité d’énergie thermique qui peut ensuite être utilisée de différentes manières.
L’une des caractéristiques importantes de la fission nucléaire est qu’elle est générée par le bombardement d’un atome instable avec un neutron. Une fois le noyau fissuré, en plus des particules, un ou deux neutrons supplémentaires sont libres et peuvent entrer en collision avec d'autres atomes, générant ainsi une réaction en chaîne.
Les particules résultantes sont considérées comme du combustible usé qui doit être remplacée lorsque le rapport est trop élevé et empêche les neutrons libres de trouver des atomes pour se fissonner.
Actuellement, la fission nucléaire est le type de réaction nucléaire utilisé dans tous les types de réacteurs nucléaires. 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 grâce à ce type de réaction.
Cependant, techniquement, il n’a pas encore été possible de fabriquer des réacteurs nucléaires viables pour la production d’électricité.
Cette technique présente de multiples avantages par rapport à la fission :
- C'est plus durable pour l'environnement
- Meilleure performance
- Ce serait une source d’énergie renouvelable.
Un exemple d'énergie de fusion nucléaire est l'énergie produite par le Soleil. Les réactions de fusion nucléaire sont générées au cœur de l'étoile de notre système solaire.
Autres concepts et définitions
- Atome : Unité de base de la matière, composée d'un noyau (protons et neutrons) et d'un nuage d'électrons.
- Neutron : Particule subatomique sans charge électrique, présente dans le noyau des atomes, qui joue un rôle crucial dans les réactions nucléaires.
- Isotope : Variantes d'un élément chimique qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.
- Radioactivité : Émission spontanée de rayonnement provenant de noyaux instables d’atomes. Il peut inclure des particules alpha, bêta et des rayons gamma et constitue un phénomène clé dans la fission et la fusion nucléaires.
Réacteurs nucléaires : dispositifs qui déclenchent et contrôlent la réaction de fission pour générer de la chaleur, qui est convertie en électricité.- Réacteurs à eau sous pression (REP) : Type de réacteur qui utilise de l'eau à haute pression pour l'empêcher de bouillir, transférant ainsi la chaleur vers un système de vapeur séparé.
- Réacteurs à eau bouillante (REB) : Type de réacteur dans lequel l'eau bout dans le cœur pour générer directement de la vapeur, qui est utilisée pour entraîner une turbine.
- Combustible nucléaire : Matériau utilisé dans les réacteurs nucléaires pour générer de l'énergie par fission. Les combustibles courants comprennent l'uranium 235 et le plutonium 239. Ces matériaux libèrent de l'énergie en se divisant en noyaux plus légers.
- Matière fissile : matière susceptible de provoquer une réaction de fission en chaîne, telle que l'uranium 235 ou le plutonium 239.
- Chaîne de réaction : série de réactions nucléaires dans lesquelles les neutrons libérés induisent la fission d'autres noyaux.
- Barres de combustible : composants d'un réacteur nucléaire qui contiennent des matières fissiles et sont utilisés pour entretenir la réaction de fission.
- Modérateur : Matériau qui réduit la vitesse des neutrons pour faciliter la fission continue dans un réacteur nucléaire.
- Liquide de refroidissement : Substance qui circule dans le réacteur pour absorber et transférer la chaleur générée par la fission.
- Déchets radioactifs : Matériaux contenant des isotopes radioactifs et nécessitant une manipulation et un stockage sûrs en raison de leur radioactivité.
- Centrale nucléaire : installation qui utilise des réacteurs nucléaires pour produire de l'électricité par le processus de fission nucléaire. Il se compose d'un ou plusieurs réacteurs, de systèmes de génération de vapeur et d'équipements de conversion d'énergie.
- Bâtiment de confinement : Ouvrage destiné à confiner les produits de fission et à empêcher le rejet de matières radioactives dans l'environnement.
- Déclassement : Processus de désactivation et d'élimination en toute sécurité d'une centrale nucléaire à la fin de sa durée de vie utile.
- Accident nucléaire : Incident survenu dans une centrale nucléaire qui entraîne un rejet inattendu de matières radioactives dans l'environnement, pouvant avoir de graves conséquences sur la santé humaine et l'environnement. Les exemples incluent Tchernobyl et Fukushima.
- Médecine nucléaire : Branche de la médecine qui utilise des isotopes radioactifs pour le diagnostic et le traitement des maladies. Les procédures comprennent l’imagerie par tomographie par émission de positons (TEP) et la thérapie par radionucléides.
- Bombe atomique : arme nucléaire qui utilise la fission d'atomes lourds, comme l'uranium ou le plutonium, pour libérer une énorme quantité d'énergie explosive. La première bombe atomique fut larguée sur Hiroshima en 1945.
- Bombe à hydrogène : Arme nucléaire qui utilise la fusion d'atomes légers, comme le deutérium et le tritium, pour libérer une énergie bien supérieure à celle d'une bombe atomique. Également connue sous le nom de bombe thermonucléaire.