Énergie atomique

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Introduction à l’énergie atomique.

  1. Energie nucléaire
    1. Fission nucléaire
    2. Uranium
    3. INES
    4. AIEA
    5. Fusion nucléaire
    6. Projets ITER et DEMO

Le nucléaire est la cinquième énergie utilisée dans le monde avec une consommation totale de 6%. Elle couvre 13,8% de la production mondiale d’électricité.

La fission nucléaire :

L’énergie fissile désigne l’énergie produite par des ressources primaires épuisables (uranium, plutonium) n’émettant pas de Gaz à Effet de Serre (GES) mais produisant des déchets radioactifs.

Découverte et invention :

Otto Hahn et Friedrich Wilhelm Strassman, d’origines allemandes, découvrent en 1938 la fission nucléaire (fragmentation de l’uranium en deux noyaux plus légers par bombardement de neutrons). Leur découverte est publiée le 16 janvier 1939 ; le 26 janvier 1939, Frédéric Joliot-Curie, né le 19 mars 1900 à Paris, ainsi donc d’origine Française, comprend qu’une réaction en chaîne peut être possible. En février 1939, Frédéric Joliot-Curie et son équipe parviennent à démontrer scientifiquement cette réaction en chaîne. Le 4 mai 1939, Frédéric Joliot-Curie et son équipe dépose 3 brevets déposées sous les noms de Cas n°1, Cas n°2 et Cas n°3 ; ce dernier est destiné à usage militaire : c’est le brevet d’invention de la bombe atomique. Les deux premiers concernant donc la fission nucléaire à usage industriel et domestique.

repartition reacteur nucleaire monde

D’autres pays possèdent des réacteurs nucléaires, mais ils sont marginaux (inférieurs ou égaux à 2). Il y a par exemple, le Brésil, le Mexique, l’Afrique du Sud, l’Argentine, le Pakistan, etc.

Les différentes générations de réacteurs nucléaires :

Il y eut jusqu’alors trois évolutions de réacteurs nucléaires. Un quatrième est en étude.

La première génération (UNGG – Uranium Naturel Graphite Gaz), n’existe plus, elle est en démantèlement. C’était des réacteurs construits avant 1970.

La deuxième désigne les réacteurs construits entre 1970 et 1998 (REP – Réacteur à Eau Pressurisée, ou PWR – Pressurized Water Reactor), encore actuellement en service. Il en existe de toutes sortes, comme l’AGR (Réacteur Avancé au Gaz), le REB (Réacteur à Eau Bouillante), le CANDU (Réacteur à eau lourde), entre-autres. C’est cette génération-ci qui nous éclaire. Il fonctionne à l’eau pressurisée et n’est pas encore en démantèlement.

La troisième génération vient tout juste de voir le jour (EPR).

reactor pwr reacteur epr

C’est un réacteur franco-allemand ; il est l’évolution de la seconde génération. Son objectif est de rendre la production d’électricité à la fois plus sûre et plus rentable. L’E.P.R. utilise dans le circuit primaire de l’eau pressurisée pour extraire la chaleur produite par la fission nucléaire. A l’intérieur du réacteur, l’E.P.R. pourra utiliser un mélange d’uranium et de plutonium : le MOX. Cela permettra un meilleur rendement (moins de combustible pour produire la même quantité d’électricité). Des générateurs innovants contribuent à augmenter ce rendement. Le premier réacteur de ce genre est en Finlande. Le second sera opérationnel en France en 2012. Il créera une énergie de 1 600 MégaWatts et sera à même de fournir de l’électricité à quelques 600 000 foyers. A noter que 2 autres réacteurs de ce type sont en construction en Chine.

Les réacteurs de génération 4 sont, quant à eux, totalement différents. C’est une rupture technologique. Six filières sont actuellement en étude au sein du Forum de Génération IV. Les six filières sont le VHTR (Réacteur à Haute Température), SCWR (Réacteur à Eau Supercritique), GFR (Réacteur Rapide à Colporteur Gaz), SFR (Réacteur à neutrons rapides à Colporteur Sodium), LFR (Réacteur rapide à Colporteur Plomb), MSR (Réacteur à Sels Fondus). Les premières centrales nucléaires à réacteur de quatrième génération verront le jour entre 2030 et 2040 comme le précise le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA). Ceux-ci seront basés sur l’économie de ressource : minimisation des déchets radioactifs, mais aussi à servir à autre chose qu’à la production d’électricité (production de chaleur pour l’industrie). Les mécanismes à neutrons rapides utilisés dans ces réacteurs de quatrième génération permettront de mieux utiliser l’uranium ; en effet, au sein des réacteurs de seconde et troisième génération (à eau pressurisée), la partie non fissile de l’uranium 238 n’est pas utilisée : elle le sera donc dans les réacteurs de quatrième génération. Cela permettra de produire 50 fois plus d’électricité avec la même masse d’uranium. Cette économie propulsera alors la durée de vie des ressources d’uranium actuellement prouvées à 2550 ans. Notons que l’uranium est somme toute 1000 fois plus abondant que l’or sur terre. De plus, les réacteurs de quatrième génération bénéficieront d’un système de transformation des déchets en énergie de demain. En effet, à l’heure actuelle, les déchets radioactifs sont enterrés à 100 mètres sous terre. Il faut savoir que la radioactivité de ces déchets décroît avec le temps. Il faut tout de même 100 000 ans pour que les déchets nucléaires reviennent à leur état d’uranium naturel. Cependant, des procédés récemment trouvés permettent de réduire cette durée à 300 ans.

L’uranium :

L’uranium est extrait dans des mines, puis broyé en une poudre jaune (yellow cake), il est alors peu radioactif et faiblement enrichi. Il suit alors une transformation chimique pour l’enrichir. Les atomes d’uranium iront alors au coeur du réacteur nucléaire. Procédé de la fission nucléaire.

Les principaux pays producteurs d’uranium sont l’Australie, l’Ouzbékistan, le Kazakhstan et le Canada.

gisement uranium monde

Notons que 15 grammes d’uranium équivaut à 1 tonne de pétrole ou 15 000 panneaux photovoltaïques de 1 mètre carré éclairés pendant 1 heure.

Les désavantages du nucléaire :

Le coût des infrastructures (les centrales et leurs réacteurs surtout) est très élevé. De plus, un parc nucléaire doit se renouveler régulièrement. Et son prix est très couteux.

Le cours de l’uranium risque fortement d’évoluer de plus en plus dans les années à venir du fait des constructions de plus en plus nombreuses de centrales nucléaires. Depuis le début des années 1990, la production d’uranium est inférieure aux besoins de l’industrie nucléaire. Les prix spots de l’uranium ont ainsi été multipliés par 9 entre 2003 et 2007. Les prix ont cependant rechuté entre 2007 et 2009 (alors à 44,5 dollars la livre au Nymex). En prenant en compte que plusieurs pays, tels que les Etats Unis, la Chine, l’Inde ou la Grande-Bretagne, ont lancés d’importants programmes de centrales nucléaires pour les prochaines années, il est indéniable que la valeur de l’uranium augmente dans les années futures.

Notons qu’il faut en moyenne une dizaine d’années entre la découverte d’un gisement d’uranium et son exploitation, ce qui engendre une offre peu élastique, et donc des anticipations des industriels qui tendent ainsi à tirer les cours vers le haut.

Le traitement des déchets nucléaires :

Le combustible (les déchets nucléaires) sont recyclables à 96%. Les 4% restants sont des déchets radioactifs et sont, à défaut d’une autre invention, pour l’heure, enterrés 100 mètres sous terre.

Les centrales nucléaires ne rejettent pas de CO2 dans l’air ; uniquement de la vapeur d’eau.

Les risques de catastrophes nucléaires :

Comme nous le savons, la plus grande catastrophe nucléaire fut celle de Tchernobyl, en 1986. Les rapports de l’AIEA estimaient les victimes de la catastrophe à un nombre à 4 chiffres. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) l’estimait à 5 chiffres. L’Association Internationale des Médecins pour la Prévention de la Guerre Nucléaire (International Physicians for the Prevention of Nuclear War – IPPNW – créée en 1984, regroupant 150 000 membres dans 50 pays) l’estimait à 6 chiffres.

Or, il y a de nombreux risques actuels, avec par exemple certaines centrales nucléaires qui se trouvent sur des failles sismiques qui pourraient provoquer des dégâts majeurs à l’avenir. Tel est le cas au Japon, entre autres.

Il y a eu plusieurs cas que j’énumérerai ci-dessous dû au nucléaire et a la radioactivité de ses déchets. Cependant, ces risques sont en permanence contrôlés par une entité dénommée l’INES.

INES:

La guerre nucléaire :

Malgré la ratification du traité de non-prolifération nucléaire, de nombreux doutes planent sur une prochaine guerre nucléaire. L’arme nucléaire est une arme de dissuasion, mais il n’empêche que son usage a déjà été fait par le passé (au Japon par les USA lors de la seconde guerre Mondiale) et pourrait se reproduire. Aujourd’hui, plusieurs pays font des démonstrations dissuasives pour manifester leur puissance. Tel est le cas de l’Iran, ou encore de la Corée du Nord. Cela entraîne un climat de tension géopolitique que s’efforce de réduire l’AIEA.

AIEA:

L’AIEA, l’Agence Internationale de l’Energie Atomique (en anglais, IAEA – International Atomic Energy Agency) est une organisation internationale autonome, sous l’égide de l’ONU.

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Elle rend un rapport annuel à l’assemblée générale de l’ONU et à chaque fois que demandé par le Conseil de sécurité. Fondée en 1957 et basée à Vienne, en Autriche, elle cherche à promouvoir les usages pacifiques de l’énergie nucléaire et à limiter le développement de ses applications militaires.

Le budget de l’année 2004 est de plus de 268 millions de dollars.

En 1968, avec la ratification du traité de non-prolifération des armes nucléaires (TNP), l’AIEA devient le responsable de la surveillance de la bonne application du traité. Ce traité empêche les états signataires d’augmenter leur nombre d’armes nucléaires et pour ceux qui n’en ont pas de chercher à en avoir.

Suite aux chocs pétroliers dans les années 1970, et grâce au lobbying pro-nucléaire de l’AIEA, plusieurs pays envisagent d’utiliser massivement l’énergie nucléaire pour leurs besoins énergétique, l’AIEA voit donc accroître le nombre de ses contrôles.

Actuellement 139 pays sont membres de l’AIEA. Je citerai, comme pays non-membres, la Corée du Nord (qui l’a quitté le 13 juin 1994), ou encore le Turkménistan, la Somalie, le Laos, la Guinée, les Fidji, le Bhoutan.

L’AIEA dirige aussi des organismes de contrôle des matières nucléaires tels que le NMC&A (Nuclear Material Control and Accountancy).

L’avenir du nucléaire :

Des projets sont en cours quant à la fusion nucléaire ; celle-ci pourrait révolutionner le secteur énergétique ; cependant, elle n’est encore qu’à l’étude. Les recherches pensent pouvoir aboutir à un prototype d’ici 2020. Quant à sa mise en service, elle n’ est prévue que vers 2060.

La fusion nucléaire :

La fusion consiste a faire rencontrer 2 atomes légers pour en faire un lourd. On assemble par exemple un noyau atomique de deutérium et un noyau atomique de tritium (aucun problème de ressource, ces éléments sont abondants, et les déchets nucléaires se dégradent en un siècle seulement) pour former un noyau unique d’hélium. La fusion des noyaux légers dégagent une vaste quantité d’énergie provenant de l’interaction forte. Ceci se traduit par un défaut de masse (énergie de liaison : E=mc²) ; le noyau résultant ayant une masse moins élevée que la somme des masses des noyaux d’origine.

fusion nucleaire nuclear

Les projets ITER et DEMO :

Un prototype de réacteur nucléaire à fusion est actuellement en construction en France destiné à vérifier la faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire comme nouvelle source d’énergie. Ce prototype est dénommé ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Prévu pour les alentours de 2020, pour un coût de 20 milliards d’euros. Le projet ITER ne produira pas d’électricité, mais de la chaleur : il aura une puissance thermique de 500 MW. ITER doit cependant aussi tester les technologies nécessaires à la fabrication du réacteur expérimental “DEMO” (DEMOnstration Power Plant – d’une puissance prévisionnelle de 1 500 MW électrique) dont l’objectif sera de démontrer la faisabilité industrielle de la production d’électricité par la fusion nucléaire. Ce réacteur devrait être opérationnel d’ici 2050 à 2070.

Ce projet est un partenariat entre plusieurs Etats, tels que les pays de l’Union Européenne, la Russie, les Etats-Unis, la Chine, la Corée du Sud, l’Inde et le Japon, signé au Palais de l’Elysée à Paris le 21 novembre 2006. Depuis, la Suisse participe aussi au projet. Le Brésil a déposé sa candidature, et depuis 2007, le Kazakhstan souhaite faire partie des membres permanents.

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