NUCLÉAIRE Réacteurs nucléaires

Énergie nucléaire
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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 électrons-volts (eV) par atome pour les secondes. Cependant, bien qu'exothermiques, les réactions nucléaires réalisées par exemple en laboratoire à l'aide d'accélérateurs de particules exigent, dans la pratique, la mise en œuvre d'une énergie nettement supérieure à celle qu'elles produisent. Un bilan énergétique positif ne peut être obtenu (pour les conditions connues actuellement) que dans deux cas : la fission, produite dans les réacteurs nucléaires ou les bombes A, dispositifs utilisant le mécanisme de la réaction en chaîne, et la fusion de noyaux légers (déjà réalisée dans les bombes thermonucléaires), dont le réacteur expérimental international I.T.E.R. (International Thermonuclear Experimental Reactor), qui doit entrer en service en 2016 à Cadarache (Bouches-du-Rhône), constitue une étape de démonstration majeure de l'approche par confinement magnétique (cf. énergie thermonucléaire).

Puissances électronucléaires installées
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Pratiquement, l'énergie résultant de la fission est un dégagement de chaleur. Des réacteurs nucléaires à même de produire cette énergie, à partir de matières dites fissiles, ont connu un développement industriel dès la fin des années 1960, essentiellement pour la production d'électricité. Le renchérissement important du pétrole après la crise de 1973 a grandement renforcé l'intérêt porté à l'énergie nucléaire et a conduit à un développement accéléré des programmes électronucléaires dans bon nombre de pays industrialisés (tabl. 1). En France, en 2007, près de 80 p. 100 de l'électricité produite était d'origine nucléaire.

La matière première consommée dans les réacteurs nucléaires des différents pays est essentiellement de l' uranium, même si l'Inde qui n'en possède que des quantités limitées met en œuvre une stratégie de développement de l'énergie nucléaire qui valorise au mieux ses ressources importantes en thorium. Le potentiel énergétique de ces matières, très partiellement exploité par les réacteurs nucléaires d'aujourd'hui, pourra être pleinement valorisé dans les réacteurs dits surgénérateurs (à neutrons rapides).

Principes physiques

La réaction en chaîne

Un neutron peut produire la fission des isotopes ²³³U et ²³⁵U de l'uranium et celle des isotopes ²³⁹Pu et ²⁴¹Pu du plutonium, quelle que soit son énergie. Pour les autres noyaux lourds (²³⁸U, ²³²Th, ²⁴⁰Pu... par exemple), la fission n'intervient que si l'énergie du neutron incident dépasse une certaine valeur, le seuil de fission. L'énergie dégagée est d'environ 200 MeV (1 MeV = 1,6 × 10^—13 joule).

La fission s'accompagne le plus souvent de l'émission de plusieurs neutrons. Pour un noyau cible et une même énergie du neutron incident, les modes de fission sont multiples et diffèrent par la nature des fragments de fission émis, par l'énergie et le nombre de neutrons produits, etc. ; cette multiplicité se traduit par des caractéristiques de nature statistique. Pour les noyaux fissiles les plus importants, le nombre moyen ν de neutrons produits est compris entre 2,4 et 3 et dépend peu de l'énergie du neutron incident dans la gamme d'énergie qui caractérise les réacteurs à fission (< 10 MeV). Les neutrons ainsi créés ont une certaine probabilité de provoquer à leur tour une fission : d'une génération à la suivante, leur nombre (ou celui des fissions) se trouve multiplié par un facteur k. Selon que k est[...]

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Écrit par

Jean BUSSAC : conseiller scientifique au Commissariat à l'énergie atomique, Fontenay-aux-Roses
Frank CARRÉ : directeur adjoint du développement et de l'innovation nucléaire au Commissariat à l'énergie atomique (CEA), ingénieur
Robert DAUTRAY : membre de l'Académie des sciences
Jules HOROWITZ : directeur de l'Institut de recherche fondamentale du Commissariat à l'énergie atomique, Gif-sur-Yvette
Jean TEILLAC : professeur honoraire à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie, haut-commissaire à l'énergie atomique, membre du Conseil économique et social

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Classification

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Autres références

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