NUCLÉAIREApplications militaires

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Matériaux de base et réactions

Matériaux fissiles

La partie active d'une charge nucléaire est constituée de matériaux nucléaires qui, mis en condition de façon appropriée, deviennent le siège de réactions extrêmement violentes, avec fort dégagement d'énergie. Dans les armes à fission, cette mise en condition consiste à rapprocher brutalement, à l'aide d'un explosif chimique, les matières fissiles, de sorte qu'une réaction en chaîne puisse s'y développer. Dans les armes faisant appel à la fusion – appelées thermonucléaires –, il faut une densité d'énergie très élevée pour que le matériau fusible dépasse le seuil d'allumage ; c'est pourquoi il est nécessaire de recourir à un premier étage à fission, l'amorce, pour assurer cette mise en condition.

Parmi les matériaux fissiles, les plus intéressants sont l'isotope 235 de l'uranium, qui se trouve en faible proportion (0,7 p. 100) dans l'uranium naturel, et l'isotope 239 du plutonium, qui, n'existant pas dans la nature, est produit par un réacteur nucléaire en quantité variable suivant le type de réacteur. On peut aussi fabriquer de l'uranium 233 et, sous certaines conditions, fissionner l'isotope 238 de l'uranium, qui a l'avantage d'être abondant (99,3 p. 100 de l'uranium naturel).

La réaction utilisée est la fission, dans laquelle le noyau de l'atome se casse sous l'effet d'un neutron, en donnant généralement deux noyaux plus petits, appelés produits de fission, et deux ou trois neutrons. Les noyaux obtenus sont différents d'une fission à une autre. Plus de 200 isotopes ont été identifiés ; leur nombre de masse s'étage entre 65 et 165, c'est-à-dire du zinc aux lanthanides.

Chaque réaction libère une énergie de 180 MeV, c'est-à-dire environ 3.10—11 joules ; c'est très faible, mais on a rapidement un nombre considérable de réactions puisque chacun des neutrons produits est capable à son tour de provoquer une fission.

Alors que, dans la plupart des réacteurs nucléaires habituels, ce sont les captures qui provoquent le plus de pertes de neutrons, ici, la cause principale des pertes est la fuite des neutrons vers l'extérieur du système. Il y a plusieurs raisons à cela : d'abord, le système est très concentré, il ne comporte pas de ralentisseur, son volume est donc réduit ; ensuite, les neutrons, étant très rapides, ils ne restent pas longtemps dans le système (ils ont une durée de vie de quelques nanosecondes) ; enfin, les captures ont relativement moins de chances de se produire sur la plupart des matériaux avec des neutrons rapides qu'avec des neutrons ralentis.

Afin d'assurer le développement de la combustion, on cherche à obtenir plus d'un neutron utile par réaction de fission. Pour cela, on rassemble une certaine masse de matériau appelée masse critique, pour laquelle le nombre des neutrons produits dans le volume compense celui qui est perdu par absorption et fuites à la surface. Cette masse critique est d'environ 50 kg pour une sphère nue d'uranium enrichi et de 16 kg pour une sphère nue de plutonium. Elle passe respectivement à 16 et à 6 kg pour les mêmes matériaux entourés d'un très bon réflecteur de neutrons.

L'énergie potentielle du matériau fissile est généralement exprimée en kilotonnes (kt) d'équivalent T.N.T. (signifiant le trinitrotoluène, explosif chimique servant de référence pour mesurer l'énergie d'une arme nucléaire ; 1 kt = 4,18.1012 joules). Un kilogramme de matière fissile entièrement fissionnée fournit 17 kt. Un litre de cette même matière fournit environ de 250 à 300 kt.

Matériaux fusibles

Les matériaux fusibles les plus intéressants sont les isotopes de masse 2 et 3 de l'hydrogène : le deutérium et le tritium, puis l'isotope de masse 6 du lithium. Le tritium n'existe qu'à l'état de traces dans la nature et doit être fabriqué, alors que les deux autres corps existent, très dilués, à l'état naturel : il faut les concentrer pour les mettre en œuvre.

Pour obtenir la fusion, il faut obliger deux noyaux positifs à se rencontrer alors que les forces de répulsion coulombiennes tendent à les éloigner. Pour cela, on n'a pas trouvé d'autre moyen que le chauffage ; l'agitation thermique corrélative favorise les collisions et par conséquent permet d'o [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 14 pages

Médias de l’article

Explosion
d'une bombe à hydrogène

Explosion d'une bombe à hydrogène
Crédits : Rob Atkins/ The Image Bank / Getty Images Plus

photographie

Nucléaire civil et militaire dans le monde

Nucléaire civil et militaire dans le monde
Crédits : Encyclopædia Universalis France

carte

Essais nucléaires atmosphériques

Essais nucléaires atmosphériques
Crédits : CEA

photographie

Essais nucléaires souterrains après 1975

Essais nucléaires souterrains après 1975
Crédits : CEA

photographie

Afficher les 5 médias de l'article


Écrit par :

  • : ancien adjoint du directeur scientifique au Commissariat à l'énergie atomique, professeur honoraire à l'École nationale supérieure des techniques avancées
  • : directeur scientifique au Commissariat à l'énergie atomique, direction des applications militaires
  • : ingénieur au Commissariat à l'énergie atomique

Classification

Autres références

«  NUCLÉAIRE  » est également traité dans :

NUCLÉAIRE - Réacteurs nucléaires

  • Écrit par 
  • Jean BUSSAC, 
  • Frank CARRÉ, 
  • Robert DAUTRAY, 
  • Jules HOROWITZ, 
  • Jean TEILLAC
  •  • 12 403 mots
  •  • 10 médias

De nombreuses réactions nucléaires sont exothermiques et l'énergie dégagée est, par unité de masse, environ un million de fois plus grande que dans les réactions chimiques qui, elles, ne font intervenir que les électrons périphériques des atomes ; les chaleurs de réaction s'expriment en millions d'électrons-volts (MeV) par atome pour les premières, en électron […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Cycle du combustible

  • Écrit par 
  • Bernard BOULLIS, 
  • Noël CAMARCAT
  •  • 7 080 mots
  •  • 12 médias

Le développement industriel des réacteurs nucléaires n'est possible que grâce à la création d'industries spécialisées, souvent fort complexes, en particulier celles qui assurent les différentes phases de transformation du combustible nucléaire destiné à l'alimentation des réacteurs. Il s'agit tout d'abord d'extraire le minerai d'uranium, de le mettre sous le […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Applications civiles

  • Écrit par 
  • Pierre BACHER
  •  • 6 690 mots
  •  • 9 médias

Le nucléaire civil couvre de nombreux domaines faisant appel, d'une part, à la radioactivité et aux rayonnements ionisants, et, d'autre part, à la production d'énergie par fission d'atomes lourds ou fusion d'atomes légers.Parmi les applications de la radioactivité, outre de multiples domaines de la recherche, […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Déchets

  • Écrit par 
  • Pierre BEREST, 
  • Jean-Paul SCHAPIRA
  •  • 10 950 mots
  •  • 8 médias

La production d'électricité dans des centrales nucléaires, mais aussi la médecine, la défense, la recherche scientifique et de nombreuses activités industrielles utilisent des substances radioactives et engendrent des déchets radioactifs. Ceux-ci présentent une activité et une radiotoxicité extrêmement v […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Démantèlement des installations

  • Écrit par 
  • Francis LAMBERT
  •  • 3 143 mots
  •  • 3 médias

Une installation nucléaire arrêtée dont le contenu représente encore un risque important ne peut être abandonnée. Ce serait moralement inacceptable, et c'est bien sûr interdit par la réglementation. Cependant cet impératif ne justifie pas à lui seul les efforts et les dépenses que représente, pour les exploitants, le démantèlement des installations nucléaires. Car rien n'empêche un exploitant de c […] Lire la suite

NUCLÉAIRE - Sûreté des centrales nucléaires

  • Écrit par 
  • Bernard LAPONCHE
  •  • 2 314 mots

Conséquence du séisme de magnitude 9 et du tsunami qui ont secoué le nord-est du Japon le 11 mars 2011, la catastrophe nucléaire de Fukushima vient relancer le débat sur la sûreté des centrales nucléaires. Après les accidents de Three Mile Island, de Tchernobyl et de Fukushima (qui est loin d'être terminé) […] Lire la suite

NUCLÉAIRE (notions de base)

  • Écrit par 
  • Universalis
  •  • 4 110 mots
  •  • 18 médias

Depuis la découverte de la radioactivité en 1896 par Henri Becquerel et celle du noyau atomique par Ernest Rutherford en 1911, des progrès scientifiques importants ont été accomplis en physique nucléaire. La maîtrise des réactions nucléaires a permis en particulier, dès le milieu du xx […] Lire la suite

T.I.C.E. (Traité d'interdiction complète des essais nucléaires) ou C.T.B.T. (Comprehensive Test Ban Treaty)

  • Écrit par 
  • Dominique MONGIN
  •  • 926 mots
  •  • 1 média

Le Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (T.I.C.E.), ou Comprehensive Test Ban Treaty (C.T.B.T.), est un traité multilatéral élaboré dans le cadre de la Conférence du désarmement de l’Organisation des Nations unies (O.N.U.). Il a été ouvert à la signature des États en septembre 1996. À la mi-2015, 183 États l’ont signé et 164 l’ont ratifié. Ce traité vise à interdire tous les essai […] Lire la suite

Voir aussi

Les derniers événements

21-25 juillet 1985 Chine – États-Unis. Visite aux États-Unis du président chinois Li Xiannian et signature d'un accord de coopération nucléaire

À cette occasion est signé entre les États-Unis et la Chine un accord de coopération nucléaire, qui avait déjà été paraphé par le président Reagan au cours de sa visite à Pékin en avril 1984, mais dont la signature avait été retardée en raison de la présence de scientifiques chinois au Pakistan, dans une usine d'enrichissement de l'uranium où les services de renseignements américains soupçonnaient que des applications militaires de l'énergie nucléaire étaient mises au point. […] Lire la suite

Pour citer l’article

Paul BOUÉ, Thierry MASSARD, François OLIVE, « NUCLÉAIRE - Applications militaires », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 juillet 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-applications-militaires/