Dans tout ce qui précède, nous avons supposé que le neutron était lent ou thermique.
Mais d’autres noyaux peuvent également subir la fission avec des neutrons rapides : il existe, dans ces conditions, ce que l’on appelle un seuil d’énergie, variable d’ailleurs avec la cible ; avec l’uranium 238, par exemple, il faut que le neutron ait une énergie de 1,5 MeV.
Précisons enfin que, dans les réactions de fission, les pertes de masse observées sont de l’ordre du millième de la masse des constituants du départ.
P. R.
F Atome / Énergie / Noyau / Particules élémentaires / Radioactivité / Réacteur nucléaire / Thermonucléaire (énergie) / Transuraniens / Uranium.
A. Blaquière, Théorie de la réaction de fission en chaîne (P. U. F., 1963). / F. Netter, Quelques aspects du processus de fission nu-cléaire (Impr. Jean, Gap, 1963).
Deux savants
Robert Julius Oppenheimer, physicien américain (New York 1904 - Princeton 1967). Auteur de travaux sur la théorie quantique de l’atome, il fut nommé en 1943 directeur du centre de recherches de Los Alamos, où furent élaborées les premières bombes à fission.
Edward Teller, physicien américain d’origine hongroise (Budapest 1908).
Après avoir participé, au laboratoire de Los Alamos, à la création de la bombe atomique, il a dirigé la mise au point de l’explosif thermonucléaire aux États-Unis.
LA PRODUCTION
D’ÉNERGIE NUCLÉAIRE
La production d’énergie nucléaire se
développe rapidement dans le monde : en 1975, le cap des 300 TWh a été dépassé, ce qui représente la production électrique totale d’un pays industriel notable. Ce résultat est à la fois inférieur et supérieur aux pronostics faits lors des débuts de l’utilisation pacifique de l’atome. Depuis l’épuisement prévisible des sources d’énergie traditionnelles, certains pensaient que la croissance de la production serait extrêmement rapide, surtout dans les nations mal pourvues en pétrole et en charbon. D’autres doutaient que les prix de revient pussent être réellement compétitifs avant deux ou trois décennies et prévoyaient au stade initial une croissance lente.
Développement et nature
de la production
Il y a eu en fait plusieurs phases en matière de centrales nucléaires. La première a été d’engouement, particulièrement en Grande-Bretagne. Elle a été suivie d’une phase de prudence et de ralentissement dans l’effort d’équipement, qui correspond à la période au cours de laquelle les découvertes de réserves pétrolières en Afrique et au Moyen-Orient éloignent la menace de pénurie et entraînent une baisse des prix de l’énergie traditionnelle qui rend difficile une production nucléaire réellement compétitive. Depuis 1965, la conjoncture s’est renversée dans la plupart des pays, soit que leurs ressources nationales commencent à être sérieusement entamées, en matières d’hydrocarbures, comme c’est le cas aux États-Unis, soit que la sécurité de l’approvisionnement apparaisse de plus en plus compromise par le contrôle des peuples producteurs et que le prix des hydrocarbures connaisse une forte augmentation. Les programmes d’équipement ont été partout révisés à la hausse.
La croissance économique a été rendue possible, depuis la fin du XVIIIe s., par l’utilisation de nouvelles sources d’énergie et par les progrès de la domestication des autres : à la première catégorie appartiennent les combustibles fossiles, à la seconde, l’énergie des cours d’eau. Les équipements hydrauliques ont l’avantage d’employer une source renouvelable, mais le coût
de l’énergie produite est élevé et ne cesse de croître au fur et à mesure que l’on doit équiper des sites plus difficiles. Dans les pays les plus avancés, ce qui reste inexploité est d’ailleurs maintenant négligeable.
Les combustibles fossiles contri-
buent pour une part décisive à la vie du monde moderne, puisqu’on estime leur part à plus de 90 p. 100 du bilan énergétique. Mais on sait que l’épuisement des réserves conduira à réduire la production des produits pétroliers dès l’an 2000 (peut-être même dès l’an 1990) et celle de charbon un siècle ou un siècle et demi plus tard. À
long terme, la satisfaction des besoins croissants d’énergie dans le monde ne peut donc être obtenue qu’à travers le gonflement de la production d’énergie nucléaire.
Celle-ci peut résulter soit de la fusion d’atomes légers, soit de la fission d’atomes lourds. Jusqu’à présent, l’utilisation des réactions de fusion demeure impossible sur le plan pacifique. On en est réduit à développer les techniques de la fission.
Le seul corps susceptible de réaction de fission dans des conditions d’environnement relativement modé-
rées est un isotope relativement rare de l’uranium, l’uranium 235. Sur
100 000 atomes d’uranium naturel, on compte en effet 6 atomes d’U 234, 711 d’U 235 et 99 283 d’U 238. Dans ces conditions, les ressources offertes par les gisements d’uranium seraient vite épuisées : on estime que, si on ne pouvait utiliser que l’uranium naturel, les réserves exploitables à bon marché seraient déjà fortement entamées au milieu de la prochaine décennie.
Fort heureusement pour la production d’énergie, lorsqu’on soumet à des flux de neutrons l’uranium 238, on obtient un produit fissile, le plutonium 239. De la même manière, on obtient, à partir du thorium 232, de l’uranium 233, qui est instable.
À condition d’employer l’uranium
dans un surrégénérateur, ce n’est pas seulement la fraction très minime d’uranium 235 qui est utilisable, mais la totalité du stock d’uranium mondial.
Pour contrôler la fission, il importe de pouvoir ralentir le flux de neutrons engendrés par la réaction : on utilise donc des modérateurs (hors des surrégénérateurs). Dans le cas d’usines fonctionnant à l’uranium naturel, il convient d’employer de l’eau lourde ou du graphite. Dans le cas d’usines travaillant avec de l’uranium enrichi, on peut utiliser comme modérateur de l’eau sous pression (procédé Westinghouse) ou de l’eau bouillante (procédé General Electric).
L’énergie nucléaire se trouve transformée en énergie thermique, que l’on va utiliser pour la production d’énergie électrique. La chose est possible grâce à l’utilisation d’un fluide de refroidissement. C’est notamment le cas du gaz carbonique pour les centrales à uranium naturel, de l’eau pour les centrales à uranium enrichi.
Les premières centrales construites utilisaient de l’uranium naturel, ce qui évitait d’avoir à isoler l’uranium 235
de l’uranium 238. Les deux isotopes ne peuvent être séparés que par des méthodes physiques. Cela nécessite d’énormes installations, une technologie très avancée et de fortes consommations énergétiques. Cela explique que l’on ait souvent choisi, dans une première phase, l’emploi de l’uranium naturel.
Les difficultés liées à cette filière*
tiennent à la nature des ralentisseurs et des refroidisseurs utilisés. L’eau lourde et le graphite sont des produits chers. Les circuits de gaz carbonique demandent des tuyauteries en alliages légers qui sont fragiles. Les filières à uranium enrichi utilisent, comme refroidisseur et comme modérateur, l’eau, et les installations mobilisent des techniques métallurgiques plus éprouvées, puisqu’on peut se servir d’acier inoxydable.
Au total, l’utilisation de l’uranium enrichi permet de réduire de manière appréciable les investissements nécessaires par kilowatt de puissance installé. Le perfectionnement des techniques permet de modifier sans cesse le rapport entre les prix de revient. Dans quelques années, les centrales surré-
génératrices, dans lesquelles on utilise directement le rayonnement pour obtenir, par transmutation de l’uranium 238, un nouveau combustible