Le nucléaire

L’énergie nucléaire est produite par les noyaux des atomes qui subissent des transformations, ce sont les réactions nucléaires.

 Ces réarrangements nucléaires conduisent à des configurations plus stables, le différentiel d’énergie (correspondant au différentiel de masse) constitue alors l’énergie libérée par la réaction. Les applications de l’énergie nucléaire s’appuient sur cette énergie. Les réactions nucléaires à la base des différentes applications sont détaillées ci-après.

La fission - neutrons - chaleur -dégagement d'hydrogène explosif

La Fission

Depuis le début du nucléaire en 1950     l'uranium 235     bombardé d'un neutron se fissione en 2 ou 3 neutrons qui en déclenche des autres fissions qui dégages de la chaleur

L'uranium est compressée dans des pellets de porcelaine (grand comme une gomme)ces pellets sont stockés dans de longs tubes creux en "zirkonium"

Fission nucléaire

Lorsqu’un neutron percute le noyau de certains isotopes lourds, il existe une probabilité que le noyau impacté se scindé en deux noyaux plus légers.

 Cette réaction, qui porte le nom de fission nucléaire, se traduit par un dégagement d’énergie très important

de l’ordre de 200 Mega Volts

  à comparer aux énergies des réactions chimiques, de l’ordre de l’eV.

Cette fission s’accompagne de l’émission de plusieurs neutrons qui, dans certaines conditions, percutent d’autres noyaux et provoquent ainsi une réaction en chaîne. Dans un réacteur nucléaire, cette réaction en chaîne se déroule à vitesse lente et contrôlée.

Dans une bombe, elle se propage si rapidement qu’elle conduit à une réaction explosive.

L’importance de l’énergie émise dans la fission provient du fait que l’énergie de liaison par nucléon du noyau initial est plus faible que celle des noyaux produits (environ 7,7 MeV par nucléon pour les éléments lourds, contre 8,8 pour le fer). La plus grande partie de l’énergie se retrouve sous forme d’énergie cinétique des neutrons et des noyaux fils, énergie récupérée sous forme de chaleur dans les réacteurs.

Fusion

La fusion nucléaire:

 est une réaction où deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd (par exemple un noyau de deutérium et un noyau de tritium s’unissent pour former un noyau d’hélium plus un neutron).

 La fusion des noyaux légers dégage une énorme quantité d’énergie provenant de l’interaction forte, bien plus importante que la répulsion électrostatique entre les constituants des noyaux légers. Ceci se traduit par un défaut de masse (cf. énergie de liaison ; E=mc²) ; le noyau résultant ayant une masse moins élevée que la somme des masses des noyaux d’origine.

Cette réaction n’est cependant possible qu’à des températures très élevées (plusieurs dizaines de millions de degrés) où la matière est à l’état de plasma. Ces conditions sont réunies au sein des étoiles ou lors de l’explosion d’une bombe à fission nucléaire,

qui amorce ainsi l’explosion thermonucléaire (bombe H).

Actuellement, aucun appareillage ne permet de produire de l’énergie en contrôlant les réactions de fusion nucléaire. Des recherches sont en cours afin d’obtenir un plasma sur une durée suffisante, afin que l’énergie de fusion produite soit supérieure à celle investie dans le chauffage des particules. Des recherches sont actuellement menées dans un cadre international afin de développer l’usage civil de l’énergie de fusion nucléaire pour la production électrique.

2011:  Fukushima

         le Zirkonium en fusion avec le contact avec l'eau est exessivement réactif et sa dégage de l'hydrogène très explosif

Augmenter la résistance à la chaleur est maintenant en recherche

Les firmes:Fromatome en France      Hitachi au Japon   Westinghouse:USA

tests de produits de fusion de zirkonium + eau( H2O

Le zirkonium:   symbole chimique Zr n° atomique 40

            extrait du zircon

La chaleur par fission

1 gr de petrole = 42 000 Joules

1 gr d'uranium = 73 milliards de Joules   1 million de fois plus concentré

l'uranium coûte 260 dollars le kg

Consomation anuelle mondiale d'uranium: 63 875 tonnes en 2010

en France: ont enrichi au Tricastin  sur la commune de Saint Paul trois chateaux à 10 km de Pierrelatte   a 28 km au sud de Montélimar et 50 km au nord d'Avignon

route du site du tricastin  26130    Saint Paul trois chateaux  departement de la Drome

Les crayons sont remplis sous 30 bars d'helium

Les crayons sont soumis à 155 bars de pression   285° à 325°c

                                                                       la gaine: 300 à 350°C

                                                                       au centre:  1000°C à 1850°C

Le combustible est utilisable 3 ans env.

            1/4 du coeur est remplacer tous les 12 mois ou 1/3 tous les 18 mois

La cuve du réacteur: ou ce produit la réaction en chaine

            par tube:264 crayons x 24 tubes

            un crayon fait 4 m de haut en zirkonium (les gaines)

            des pastils: de 8,2 mm de diamètre   du dioxyde d'uranium

la cuve est en acier au carbone avec une couche extérieure de en acier inoxydable

L'eau à l'intérieure est maintenue à 155 bars de pression et l'eau reste liquide à 300°c

Le combustible sortis vas en piscine 1 à 2 ans

            entreposage de 5 ans en piscine de 50m x16m x9 m

            4 m d'eau  pardessus la matière   cappacité de 4000 tonnes

l'entreposage sous-terrain:  pendant plusieurs décennies

Le stockage proffond entourré d'argile à 500 m de proffondeur pendant 10 000 ans et allors négligeable comme radioactivité





2019: 58 réacteurs en France

un réacteur de 900 megawatts: produit 500 000 mega watts par heure

            =ce qui approvisionne 400 000 foyers

dans le monde   une production de 2 606 terra watt/h = 10,4 % de la production mondiale d'électricité. en 2017 ont compte 454 réacteurs nucléaires en fonctionnement.

                        dans 31 pays

la France est le second producteur mondiale d'électricité nucléaire derrière les états unis.

Henri Beckerel en 1896 inventa la radioactivité l'unité est le Becquerel

l'uranium est la matière première

58 réacteurs répartis dans 19 centrales nucléaires

75% de l'électricité Française est d'origine du nucléaire

l'age limite d'un réacteur est 40 ans et en 2025 2/3 du parc nucléaire auras atteint leur 40 ans!

prolonger de 10 à 20 ans la durée de vie! ce qui ramène la durée de vie de 50 à 65 ans.

1063 anomalies dans les réacteurs nucléaires sont dénombrées

Toutes ses pièces sont sorties de l'usine Creusot forge

la dette brute d'EDF est de 67 milliards   

1200 tonnes de combustible  usé tout les ans

63 piscines nucléaire pour la France

10 000 tonnes a la Hague

l'uranium 235 n'est que 3 à 5% du minerai

cet poudre est comprimé en cylindres d'environs 1 cm et gros comme une craie:

les pastilles (7 gr)

1 pastille  pour produire  autant  d'énergie il faut  1 tonne de charbon

Les pastilles sont mises dans des tubes de 4 m de long,ces tubes sont en zirconium,les gaines

1 réacteur de 900 mega watts contient 40 000 crayons de 4 m de long

            1 assemblage contient 264 crayons

cela fonctionne 4 ans

Les déchets sont mis en piscine pendant 3 ans

après recyclage il y a la vitrification

Le MOX: 93% de poudre d'uranium apauvris

               7% de poudre de plutonium

A la Hague en France il y a un entreposage de 1700 tonnes par an