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On nomme énergie nucléaire l'énergie thermique produite par une
réaction en chaîne (propagation) de modifications de
la structure des noyaux de certains atomes.
 Cet article de science fait partie de la série physique |
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La chaleur produite lors de la fission de noyaux d'uranium et ou de plutonium est utilisée pour transformer de l'eau en vapeur; celle-ci est utilisée pour actionner une turbine pouvant produire directement de l'énergie mécanique ou, par l'intermédiaire d'un alternateur, de l'électricité. C'est cette technique qui est à l'œuvre dans les centrales nucléaires actuelles.
Principe de la fission : Un noyau d'atome lourd est percuté par un neutron, ce qui le scinde en deux nouveaux noyaux plus légers et dégage de la chaleur (en raison d'une légère perte de masse). Dans ce processus, quelques autres neutrons sont libérés et propagent l'opération : c'est la réaction en chaîne, qu'il faut évidemment maîtriser au moyen par exemple de barres de régulation.
La fusion de noyaux d'hydrogène lourd (deutérium et tritium) n'est encore qu'expérimentale, car les conditions de fusion sont extrêmement difficiles à obtenir (40 millions de degrés pour que la fusion s'entretienne, 100 millions de degrés pour qu'elle soit rentable... bien que le soleil se contente apparemment de 16 millions de degrés). D'autres voies sont actuellement explorées :
La première utilisation effective de l'énergie atomique (bombe A) a été le largage de deux bombes en 1945 à Hiroshima et Nagasaki. Depuis, ce type d'armement a uniquement été utilisé lors d'essais expérimentaux (atmosphériques puis souterrains). La bombe A (puis bombe H) a été à l'origine de la doctrine de la dissuasion ou équilibre de la terreur qui a été développée durant la Guerre froide.
La chaleur dégagée par la réaction de fission est utilisée pour produire de l'électricité.
Environ 400 navires à propulsion nucléaire existent dans le monde, très majoritairement militaires, surtout des sous-marins, mais aussi des porte-avions et des croiseurs, et quelques navires civils (brise-glace russes).
L'avantage principal de la propulsion nucléaire réside dans la très grande autonomie des bâtiments qui peuvent rester de longs mois en mer, voire plusieurs années, sans ravitaillement en énergie. Pour les sous-marins, elle apporte aussi la possibilité de s'affranchir de l'oxygène et donc la possibilité de rester en plongée sans limite autre que celle de la résistance des équipages.
Plusieurs accidents ont affecté des sous-marins nucléaires. Le dernier en date est celui du Koursk.
Certains engins spatiaux comme Voyager ont déjà emporté des piles nucléaires pour alimenter leur électronique. Certains satellites ont également été munis de petits générateurs nucléaires. En revanche la propulsion nucléaire, au cas où elle serait possible, n'est encore envisagée que comme éventuel projet. À poids égal, elle aurait l'avantage de produire une poussée, certes faible, mais constante pendant tout le trajet, alors que les engins spatiaux actuels ne peuvent produire qu'une seule poussée initiale après s'être extrait du lanceur (hors quelques ajustements de trajectoires) à cause de la faible contenance de leurs réservoirs (c'est pourquoi on les nomme balistiques, et c'est aussi pour cela qu'il leur faut atteindre la vitesse de libération dès le départ). Sur les longs trajets, interplanétaires par exemple, cette accélération continue serait globalement plus efficace que l'accélération ponctuelle utilisée actuellement.
Idéalement, avec une accélération constante de 1g sur la première moitié du trajet et une décélération de 1g sur la seconde, les étoiles les plus proches sont à la portée d'un équipage en une dizaine d'années de voyage (temps du vaisseau), d'après la relativité générale. Toutefois, plusieurs siècles s'écouleraient à l'extérieur, ce qui pose des problèmes de motivation pour entreprendre un tel voyage : quand des politiciens sont élus pour 5 à 10 ans, qui va prendre sur lui de financer un programme dont aucune personne vivante ne verra les résultats ?
La production d'énergie nucléaire est controversée : à cause de la nature radioactive des réactifs et des déchets de la réaction de fission, celle-ci est potentiellement dangereuse pour les êtres vivants.
Principaux avantages de l'énergie nucléaire avancés par ses défenseurs :
Au niveau international, l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) est le principal promoteur de l'utilisation de l'énergie nucléaire. Face aux perspectives de développement des pays du Tiers-Monde, l'AIEA estime que le nucléaire devrait devenir l'énergie de référence en Occident car elle serait la plus propre et la plus économique.
Certains soutiennent également que les pays les plus avancés en matière de nucléaire auraient intérêt à vendre l'énergie atomique aux pays en voie de développement, même dans le cadre de financement en coopération. Cela éviterait la dissémination de technologies nucléaires moins fiables, tout en constituant une importante source de rentrées monétaires pour l'économie occidentale. Par exemple, les Russes ont vendu deux réacteurs nucléaires à l'Inde (devant entrer en service en 2007).
Le stockage à long terme des déchets nucléaires est perçu par beaucoup, partisans ou opposants du nucléaire, comme le talon d'Achille de l'énergie nucléaire. Le réacteur nucléaire naturel d'Oklo, qui a produit des « déchets radioactifs », y compris du plutonium, lors de son fonctionnement il y a quelques centaines de millions d'années, est étudié pour comprendre les processus combinés de migrations et de disparition progressive des éléments radioactifs dans l'environnement, sur de longues durées. Des essais sont également réalisés en laboratoire ou sur les sites présumés de stockage.
L'objectif de ces études, menées en France par l'Andra et le CEA, est de démontrer la tenue dans le temps d'un stockage de déchets de haute activité. Il s'agit de démontrer que l'action combinée, d'une part, de la dégradation des emballages et la migration des éléments radioactifs dans l'environnement, d'autre part de la disparition progressive de ces mêmes éléments sous l'effet de leur radioactivité, ne conduit à aucun moment dans le futur à une dose radioactive à la population supérieure à la dose admissible. Cette dose admissible est elle même une fraction de la radioactivité naturelle à laquelle est soumise cette même population.
L'importance réelle du problème des déchets radioactifs et de leur gestion est l'objet d'un débat entre partisans et opposants au nucléaire. D'après le CEA, la France produit environ 60 000 tonnes de déchets radioactifs par an, soit un kilo par an et par personne, dont 5 grammes sont des déchets de haute activité, à comparer à environ 10 kg de déchets industriels toxiques. Ces quantités sont contestées par les opposants au nucléaire.
Outre l'aspect technique de la stabilité d'un stockage de longue durée, la gestion des déchets nucléaires comporte un volet social et politique délicat à gérer.
Principaux inconvénients de l'énergie nucléaire avancés par ses opposants :
Cette opposition s'est renforcée depuis les deux accidents de Three Mile Island (1979, bien qu'elle n'ait fait aucune victime officielle) et de Tchernobyl (1986), dont les conséquences ont été beaucoup plus graves (toute une région désormais interdite). Cela dit, les contrôles de sécurité ont maintenant été perfectionnés.
Les déchets à longue période sont considérés comme problématiques car vus comme un héritage indélicat - voire empoisonné - laissé aux générations futures. Même si les quantités produites sont faibles comparées aux déchets d'autres activités, leur caractère dangereux impose de prévoir leur gestion sur plusieurs centaines d'années pour les moins dangereux. Dans le cas du plutonium, la disparition de la radioactivité demande des centaines de milliers d'années, du fait que le plutonium est très peu radioactif. Il est en revanche très toxique pour l'organisme. Le réacteur naturel d'Oklo a produit beaucoup de plutonium naturel, qui a entièrement disparu depuis (tellement bien qu'on avait d'ailleurs longtemps cru que le plutonium n'existait pas dans la nature). Des problèmes de maintenance se posent parfois sur des déchets dont le contenant se dégrade avant le contenu ou des sites d'enfouissement qui ne prévoient pas de possibilités de réversibilité.
Une opposition politique à l'énergie nucléaire affirme qu'elle impose une société centralisée, où la gestion et la distribution de l'énergie n'est pas aux mains des citoyens. Les arguments soutenus sont les suivants :
Depuis les accidents énumérés dans la partie précédente, nombreux sont les pays à se détourner des centrales nucléaires, comme l'Allemagne. Cependant celle-ci est obligée d'importer de l'électricité, avant même d'avoir éteint sa première centrale, en attendant les effets de sa politique de développement des énergies renouvelables. On peut aussi constater, alors qu'elle prend cette décision pour des motifs écologiques, qu'elle importait en 2003 135 millions de tonnes de pétrole, soit 50 % de plus que la France.
Quelques pays, dont la France et la Corée du Nord, n'ont jamais arrêté de construire des centrales. Par la suite, des pays du Tiers-monde (Iran, Inde, Chine) se sont tournés eux aussi vers cette énergie. Récemment, la Finlande, pays traditionnellement soucieux d'écologie, a décidé de construire un EPR afin de pouvoir respecter le protocole de Kyoto.
Le Japon a remis en route en 2002 les centrales nucléaires qu'il avait arrêté, ce qui lui a permis dès 2003 de réduire ses importations de pétrole.
La Chine, qui fait face à une trés forte augmentation de la demande en énergie, envisage la construction de 36 tranches nucléaires de 1000 MW dans les 15 ans à venir. Cela porterait de 1,7 à 4 % la part du nucléaire dans la consommation chinoise d'électricité (qui dans l'intervalle serait multipliée par 2,3). Les Chinois ont présenté en octobre 2004 un nouveau réacteur de la filière graphite-gaz de conception chinoise.
C'est un projet de recherche fondé sur la fusion nucléaire, qui est utilisée avec la bombe H. Cependant, certains éléments atomiques nécessaires à son fonctionnement ne sont pas présents sur terre dans des concentrations exploitables.
La fusion ne constitue pas pour le moment, même sur le plan théorique, une énergie propre : elle se traduit par une émission de neutrons transformant en isotopes parfois radioactifs les noyaux des atomes qui les capturent (parois voisines, par exemple), cependant la radioactivité induite est négligeable par rapport aux centrales à fission. Par ailleurs, la question de la dissipation thermique reste exactement la même que pour les centrales classiques.
Catégories: Énergie | Environnement | Atome | Nucléaire
