Énergie fossile et énergie nucléaire

Énergie fossile et énergie nucléaire
(Sources principales : « La radioactivité est-elle dangereuse ? », Jean-Marc Cavedon, CEA, « La radioactivité alpha », « Uranium 235 », articles de
Wikipédia)
1. La radioactivité
La radioactivité est un des très rares signaux que nous avons de l'infiniment
petit.
La matière est constituée à partir d'atomes. L'atome comprend un noyau et des
électrons qui gravitent autour.
http://www.cirac.org/shroud/Discussion/stable.gif
Les noyaux des atomes radioactifs émettent des particules qui nous informent sur
le fait que le noyau est en cours de transmutation. Après émission de ces
particules, le nouveau noyau est stable : sa transformation est finie.
Nous disons que les particules émises sont des « rayons », et donc que l'atome
est « radioactif ».
1.1 Exemple : La radioactivité alpha ( )
La désintégration alpha peut être vue comme une forme de fission nucléaire où le noyau père se
scinde en deux noyaux fils dont l'un est un noyau d'hélium (constitué de deux protons et deux
neutrons).
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où A représente le nombre de nucléons, et Z le nombre de protons.
Emission d'une particule alpha
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Alpha_Decay.svg
La particule alpha émise est en mouvement. Elle a donc une énergie cinétique. La
radioactivité alpha de l'atome d'uranium 235 est utilisée dans les réacteurs
nucléaires pour produire de l'énergie.
1.2 Exemple de radioactivité alpha : l'uranium 235
L'uranium 235
(U
235 ),
se désintègre spontanément en thorium 231 par
radioactivité α.
U
235 →Th 231 +α.
La radioactivité est donc un phénomène naturel.
1.3 Le danger de la radioactivité
Paracelse, un médecin suisse du 16e siècle, nous dit : « C'est la dose qui fait
le poison ».
La radioactivité relève exactement du même schéma que les toxiques, les
champignons, les poisons : une petite dose peut très bien ne pas avoir d'effet
(la radioactivité naturelle, par exemple, n'a pas d'effet délétère). Une grande
dose de radioactivité peut être dangereuse, voire mortelle.
2. Réaction en chaîne
La radioactivité alpha est spontanée mais aléatoire. C'est-à-dire que personne
ne sait quand un atome d'uranium 235 va se désintégrer.
Mais la radioactivité alpha peut être induite par un neutron incident sur le
noyau.
La fission induite de l'uranium 235 par absorption d'un neutron est la réaction
de ce type la plus connue. Elle est du type :
X et Y étant deux noyaux moyennement lourds et généralement radioactifs : on les
appelle des produits de fission.
On voit que de l'uranium 236 est produit, qui lui-même se désintègre en émettant
des neutrons.
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Ainsi la fission induite d'un noyau d'uranium 235 peut donner deux produits de
fission, le krypton et le baryum, accompagnés de trois neutrons :
En tout, les trois neutrons peuvent provoquer trois fissions, donc 9 neutrons,
eux-mêmes potentiellement à la source de 9 fissions, donc 27 neutrons, etc.
On voit que le nombre de produits de fission (Kr, Ba) augmente très rapidement.
On parle de réaction en chaîne, car un neutron cause la fission d'un noyau
fissile produisant un plus grand nombre de neutrons qui à leur tour causent
d'autres fissions.
Les noyaux de krypton et de baryum sont émis lors d'une fission induite avec une
certaine vitesse. Ils ont donc une énergie cinétique. Si le nombre de fissions
est très grand, l'énergie produite est très grande aussi.
Schéma d'une réaction en chaîne de fission nucléaire
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Fission_chain_reaction.svg
Si la réaction en chaîne n'est pas maîtrisée, elle mène à une explosion d'une
intensité extrême : c'est ce qu'on cherche dans la bombe atomique.
Dans les réacteurs nucléaires, on maîtrise la réaction en chaîne pour produire
beaucoup d'énergie mais sans explosion.
Etant donné l'inquiétude suscitée par le nucléaire, les exploitants des
centrales nucléaires investissent beaucoup dans la gestion du risque : en
principe, actuellement, tout accident survenant à l'intérieur de la centrale
reste confiné dans la centrale. Depuis les attentats du 11 septembre 2001, le
risque qu'un avion s'écrase sur une centrale nucléaire est pris en compte, et
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une protection extérieure est mise en place pour qu'un avion qui s'écrase sur
une centrale nucléaire n'impacte pas son fonctionnement interne. Mais le risque
zéro n'existera jamais.
2.1 Accidents
En 1985, l'accident nucléaire de Tchernobyl a été provoqué par l'augmentation
incontrôlée de la puissance du réacteur n°4 (suite à une réaction en chaîne non
maîtrisée) conduisant à la fusion du cœur. Cela a entraîné une explosion et la
libération d'importantes quantités d’éléments radioactifs dans l’atmosphère,
provoquant une très large contamination de l'environnement, et de nombreux décès
et maladies survenus immédiatement ou à long terme du fait des irradiations ou
contaminations.
Il s'agit du premier accident classé au niveau 7 sur l'échelle internationale
des événements nucléaires (INES) (le second étant la catastrophe de Fukushima du
11 mars 2011), et il est considéré comme le plus grave accident nucléaire jamais
répertorié.
Etat du réacteur n°4 de la centrale de Tchernobyl quelques semaines après
l'explosion
http://www.astrosurf.com/luxorion/Physique/tchernobyl-closup-reacteur.jpg
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Tchernobyl aujourd'hui
http://culturevisuelle.org/catastrophes/files/2011/03/tchernobyl-aujourdhui.jpg
L'accident nucléaire de Fukushima a eu lieu le 11 mars 2011 au Japon, à la suite
d'un séisme et d'un tsunami.
Le séisme du 11 mars 2011 a entraîné un arrêt automatique des réacteurs en
service, la perte accidentelle de l'alimentation électrique et le déclenchement
des groupes électrogènes. La cuve du réacteur a probablement été fissurée à ce
moment-là. À la suite du tsunami provoqué par le séisme, des groupes
électrogènes de secours sont tombés en panne. Des débris ont sans doute obstrué
des prises d'eau. Ces défaillances, couplées à plusieurs erreurs humaines, ont
causé l'arrêt des systèmes de refroidissement de secours des réacteurs
nucléaires. Le défaut de refroidissement des réacteurs a induit des fusions
totales des cœurs d'au moins deux réacteurs nucléaires puis d'importants rejets
radioactifs.
L'accident nucléaire de Fukushima est différent de celui de Tchernobyl : à
Tchernobyl, l'origine de l'accident était interne à la centrale. A Fukushima,
l'origine est extérieure.
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