Referat LE NUCLÉAIRE - À l'intérieur de la matière

LE NUCLÉAIRE

À l'intérieur de la matière:

Toute la matière qui nous entoure, gazeuse, fluide ou solide est constituée d'atomes. Il n'y a qu'un nombre limité d'atomes, mais ils s'associent spontanément de multiples manières. À cause de cela notre environnement a une très grande variété. Quand les atomes se combinent ils forment des molécules. Un atome est minuscule, mais il est encore constitué d'un noyau autour duquel tournent à grande vitesse des électrons, particules élémentaires qui portent une charge électrique. Chaque noyau est constitué d'un assemblage dense encore plus petites: les protons qui sont aussi des porteurs d'une charge électrique et les neutrons qui sont sans charge. Un atome possède toujours autant de protons que d'électrons.

Tous les atomes d'un même élément chimique ont le même nombre de protons et d'électrons, mais leur nombre de neutrons peut différer.

L'uranium est le plus lourd des éléments naturels. Ses atomes possèdent tous 92 protons et 92 électrons. L'uranium avec 146 neutrons s'appelle uranium 238 (U 238). Avec 143 neutrons on a son isotope qui s'appelle uranium 235 (U235).

Le plus petit des éléments est l'hydrogène (ordinaire) qui ne possède pas de neutrons et seulement un proton et un électron. Si on ajoute un neutron on a de deutérium, et si on ajoute deux neutrons on a de tritium. Les isotopes ont les comportements nucléaires différents.

La plupart des atomes dans la nature sont stables, ca veut dire qu'ils ne se modifient pas sans intervention extérieure. Les atomes qui ne sont pas stables sont dits radioactifs. Ils s'appellent des radionucléides, parce que leur noyau expulse des particules qui émette des rayonnements. Ce faisant chaque atome se transforme en un atome différent. Les principaux rayonnements émis sont les rayonnements alpha, bêta et gamma. Les rayonnements alpha et bêta sont des flux de particules matérielles, mais le rayonnement gamma est une onde électromagnétique, comme la lumière visible, mais il porte plus d'énergie. On peut définir pour chaque radionucléide sa période radioactive: c'est le temps au bout duquel la moitié des atomes radioactifs a disparu.

Plus un rayonnement transporte d'énergie, plus il est pénétrant. Les rayonnements gamma sont très pénétrants et peuvent parcourir des distances considérables dans l'air: il faudra une forte épaisseur de plomb ou de béton pour s'en protéger.

La fission:

La réaction de fission nucléaire est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd est cassé en deux noyaux plus légers et de masses assez pareilles. La fission est un phénomène rare. Elle est en général provoquée en bombardant la matière avec des neutrons (pour faire ça on utilise U235 et plutonium 239). Cette réaction est accompagnée d'un fort dégagement d'énergie et ça crée une réaction en chaine, parce que la fission d'un noyau est toujours suivie de la libération de deux ou trois neutrons qui peuvent aussi provoquer la fission d'autres noyaux.

La fusion:

La fusion, c'est le contraire de la fission.

Elle n'arrive jamais spontanément sur Terre, mais elle se produit naturellement et en permanence dans les étoiles qu'elle alimente en énergie (p.e.: le soleil). Elle libère beaucoup d'énergie, mais elle est très difficile à mettre en ouvre parce qu'il faut réussir à rapprocher les noyaux qui se repoussent très forts à cause de leur charge.

Les premières découvertes:

La notion d'atome est formulée pour la première fois par le philosophe grec Leucippe (vers 460-370 avant J.-C.). Puis à l'aube du XIXe siècle l'Anglais John Dalton propose la première formulation scientifique de la théorie atomique.

En 1895 Wilhelm Conrad Röntgen découvre par hasard un rayonnement inconnu aux propriétés étonnantes. Ces rayons dits X sont invisibles et ils peuvent traverser la matière. Un ans plus tard , le physicien Henry Bequerel observe qu'un composé de l'uranium émet spontanément un rayonnement analogue. C'est la radioactivité. Marie et Pierre Curie découvrent d'autres substances radioactives (p.e.: le polonium).

À la même époque, l'indivisibilité de l'atome est mise en doute à cause de la découverte de l'électron, et les premiers isotopes sont découverts.

Le neutron se révèle être un projectile capable de bouleverser la structure du noyau des atomes. Les noyaux d'uranium ont été cassés par les  neutrons et ça c'est la découverte de la fission nucléaire.

L'histoire du nucléaire:

Dès la fin de la Seconde Guerre Mondiale des réacteurs sont élaborés et mis en service. En France le CEA (Commissariat à l'énergie atomique) prospecte le minerai d'uranium pour être traiter dans les réacteurs. Le premier s'appelle Zoé et démarre le 15 décembre 1948. Le réacteur G1 est construit et il est plus puissant(40 mio de watts). Les réacteurs G2 et G3 sont six fois plus puissants que G1 et ils sont utilisés aujourd'hui par l'EDF.

Tous les réacteurs fonctionnent sur le même principe .On prend de l'eau sous pression pour récupérer la chaleur produite et pour ralentir les neutrons et on utilise l'uranium enrichi pour créer de l'énergie.

Au sortir de la Seconde Guerre Mondiale, le monopole américain de l'arme nucléaire est de courte durée car la première bombe A soviétique explose dès 1949. Une course aux armements s'engage, mais, très tôt, un débat commence sur l'utilisation ou non de l'arme nucléaire en cas de conflit. Le premier concept américain de dissuasion nucléaire se base sur la notion de représailles massives contre les forces soviétiques en cas d'agression. La méfiance mutuelle conduit chaque puissance à s'équiper davantage et de manière toujours plus sophistiquée.

La France repose sur la notion d'indépendance. Elle peut choisir si elle participe à un combat éventuel. La France est la quatrième puissance militaire nucléaire et en 1968 la première bombe H est expérimentée à Mururoa en Polynésie. Pour la France cette arme n'est pas un outil de guerre mais un moyen politique pour l'éviter.

L'énergie nucléaire excite l'imagination populaire. Elle cristallise autour d'elle les craintes les plus profondes et les attirances les plus fortes. Le début du siècle témoigne d'une vision quasi chimérique de la radioactivité. L'atome semble pouvoir apporter une réponse à beaucoup de questions, mais les explosions d'Hiroshima et de Nagasaki entament en profondeur cet enthousiasme, cristallisant les peurs et attachant à l'énergie nucléaire une image apocalyptique. Dans les années 1950 on essaie de diviser le nucléaire militaire et le nucléaire civil. L'opinion publique est confiante parce que le nucléaire est une source potentielle de grandes quantités d'énergie. L'angoisse commence à s'exprimer dans les années 1960 lors de l'apparition des premières centrales et l'opposition devient plus forte et le nucléaire civil commence à devenir maléfique. Dans les années 1970 le nucléaire civil est présenté par les autorités comme la seule solution face à la crainte d'une pénurie des énergies, mais le nucléaire est progressivement perçu comme une menace. En 1986 l'accident de Tchernobyl montre que le risque est réel.

L'utilisation des réactions nucléaires:

La réaction de fission est exploitée dans les réacteurs nucléaires et pour l'amorçage des bombes nucléaires. Les réacteurs servent à la production d'électricité dans les centrales. Dans une bombe la réaction en chaine est exploitée car elle doit être explosive, c'est à dire la plus forte possible dans le temps le plus court.

La réaction de fusion nucléaire est aujourd'hui seulement exploitée dans les armes nucléaires, mais on essaie de réaliser de manière contrôlée par des instruments de physique des réactions qui vont produire l'énergie de demain.

Certains réacteurs sont embarqués à bord de sous-marins et ils servent à produire de la vapeur qui fait fonctionner les turbines.

L'utilisation des rayonnements est très répandue dans le domaine médical. La radiographie utilise les rayons X à traverser les différents organes du corps humain. Elle montre des fractures et certaines maladies pulmonaires, digestives ou osseuses.

En radiothérapie la faculté de certains rayonnements est mise pour traiter les tumeurs malignes. Les cellules cancéreuses qui sont très sensibles aux rayonnements peuvent être détruites par une irradiation locale intensive. L'irradiation serve aussi à la stérilisation de certains micro-organismes. Les rayonnements très pénétrants sont aussi utilisés dans l'industrie pour détecter des défauts dans les matières.

La réaction de fusion a beaucoup d'avantages, parce qu'elle est moins dangereuse que la réaction de fission et les matières qu'elle utilise sont presque illimitées.

Mais c'est aussi très difficile à réaliser cette idée, parce qu'on a beaucoup de problèmes de rapprocher les deux noyaux de deutérium et de tritium. Pour arriver ça il faudrait les lancer l'un contre l'autre à mille kilomètres par seconde.

Les recherches sont très chères et on a besoin d'une collaboration internationale.

Un nouveau réacteur, le tokamak ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), peut être réalisé au XXIe siècle dans un accord entre l'Union européenne, les États-Unis, le Japon et la CEI.

Le nucléaire militaire:

Une bombe atomique ou bombe A est une bombe à fission. On prend du plutonium 239 ou de l'uranium 235 enrichi à 80% et élaboré dans les usines spécialisées. Dans une telle bombe, l'explosion d'une amorce conventionnelle permet de projeter violemment l'une contre l'autre deux masses de ce matériau, confinant dans un petit volume une masse suffisante pour que la réaction nucléaire explosive puisse s'enclencher sous l'impact simultané d'un faisceau de neutrons.

La bombe à hydrogène ou bombe H utilise la réaction de fusion nucléaire. Les conditions extrêmes de température et de densité nécessaires à l'amorçage des réactions de fusion sont réunies à l'explosion d'un premier étage constitué d'une bombe à fission.

L'explosion d'une bombe nucléaire dégage une énorme quantité d'énergie. Sa puissance est considérable. La température s'élève rapidement jusqu'à plusieurs millions de degrés et une boule de feu se développe et des rayonnements très dangereux pour les êtres vivants sont émis. Des armes plus spécifiques ont aussi été développées afin de perfectionner certains effets.

La bombe à neutrons, p.e., pour laquelle les effets de chaleur et de souffle ont été réduits et les effets irradiants renforcés, est une arme moins destructrice en matériel, mais plus nocive pour les êtres vivants.

Les essais nucléaires servent à améliorer le fonctionnement de nouvelles armes. Leur réalisation en souterrain permet une dégradation moins importante de l'environnement et une analyse plus complète des phénomènes. Pour éviter d'avoir recours aux essais nucléaires le programme Palen de simulation des expérimentations nucléaires a été mis au point. Les expériences de simulation de l'étage de fusion nucléaire font appel à très puissants lasers, Comme le laser Phébus, qui permettent de recréer en laboratoire les conditions d'une explosion nucléaire.

Les risques de la radioactivité:

Il existe deux modes d'exposition aux rayonnements, l'irradiation et la contamination.

On parle d'irradiation quand des particules radioactives ont pénétré dans un organisme. L'irradiation diminue quand on s'éloigne de la source et cesse dès que l'on n'est plus sur le trajet du rayonnement.

Quand les particules radioactives ont pénétré dans un organisme, par inhalation, ingestion ou blessure de la peau, on dit qu'il y a contamination. Être contaminé est très dangereux parce que l'organisme ne peut plus se protéger des rayonnements émis par les radionucléides. Il continue à être irradié, tant que la substance n'a pas été éliminée par voie naturelle et décroissance radioactive.

Les rayonnements déposent leur énergie dans la matière qu'ils irradient, c'est la dose absorbée. Les rayonnements gamma de forte énergie et les neutrons peuvent rendre une matière radioactive. Une forte irradiation provoque des effets immédiats: des modifications, des troubles du système digestif et peut-être même la mort. Quand les doses sont faibles on peut avoir du cancer ou des mutations génétiques. Tous ces effets sont analysés par l'expérimentation sur les molécules et par l'épidémiologie, qui consiste à étudier des populations irradiées comme celle de Tchernobyl.

Lorsque le 26 avril 1986,le réacteur n° 4 de la centrale de Tchernobyl en Ukraine explose, l'humanité connait la plus grave catastrophe nucléaire civile jamais enregistrée dans le monde.

Ce jour-là, le personnel de la centrale effectue des essais mal préparés. Le cour se met à chauffer anormalement, mais aucun système de sécurité ne donne l'alarme. La pression fait sauter le toit du réacteur et il y a une explosion. Un incendie se propage et beaucoup de radioactivité est libéré. Les autorités soviétiques ne veulent pas que tout le monde entend dire de cette misère. Des militaires et des pompiers sont mobilisés pour intervenir sur le site sans qu'aucune information ne soit fournie à ces «liquidateurs» qui ne disposent d'aucune protection, pas même d'une tenue étanche, ni d'un masque à gaz. Aucune consigne n'est donnée aux populations locales pour leur éviter d'être trop fortement contaminées. À cause de cela il y avait une grande contamination dans l'environnement.

Le lendemain de l'accident les gens sont évacués et un sarcophage de béton est édifié autour du réacteur pour tenter de l'isoler. Les conditions dans lesquelles ces travaux sont effectués ne satisfont à aucune des normes en vigueur pour le stockage des combustibles irradiés des centrales. Et pourtant rien n'a changé sur le site de Tchernobyl.

Après l'explosion beaucoup de radioactivité a été distribué dans l'atmosphère et le vent a favorisé la dispersion des rayonnements et à cause de cela une grande parti de l'environnement a été contaminée. Cette catastrophe a directement fait 31 morts et 30 autres au cours des mois. Les hommes qui vivent pas loin de Tchernobyl et même les homme aux pays voisins sont encore aujourd'hui très affectés. Beaucoup de population a du cancer et les enfants ne sont pas santés.

Suite à l'accident majeur du réacteur n° 4 le danger demeure à Tchernobyl. La chape de béton qui recouvre le réacteur accidenté se détériore vite. Un des autres réacteurs a été arrêté, mais les deux autres sont encore actifs malgré leur état de délabrement critique.

Le risque à l'Est ne se limite pas à Tchernobyl. Le nombre des centrales de l'ex-Urss en état de vétusté et d'insécurité est alarmant. La seule solution raisonnable est l'arrêt définitif des réacteurs trop vieux et la remise aux normes de ceux qui peuvent être actifs.

La prolifération nucléaire, c'est l'augmentation du nombre des pays détenteurs de l'arme nucléaire ou qui ont des programmes permettant de l'obtenir. L'utilisation civile de l'énergie nucléaire s'est en effet beaucoup répandue.

Face aux risques de prolifération, un traité de non-prolifération (TNP) était signé en 1969. Il vise à limiter la course aux armements et à mettre fin aux essais. Il est interdit aux pays signataires d'aider d'autres pays à acquérir un armement nucléaire. Il y a encore un grand problème, parce qu'il y a des pays qui n'ont pas signé ce traité. Ceux ou des organisations terroristes pourraient produire cet armement et en faire usage (p.e.: Corée du Nord, l'Iran ou l'Irak). Les experts ne sont pas d'accord si la menace est faible ou forte, mais c'est un fait qu'il existe assez matière nucléaire pour produire milles de bombes.

Les débats sur le nucléaire:

La notion de risque est au cour du débat sur le nucléaire. Pour certains le risque n'est pas acceptable malgré les avantages de cette technologie. En Autriche c'est interdit par la loi de construire un réacteur.

Les opposants au nucléaire réclament l'arrêt des programmes nucléaires et ils mobilisent l'opinion publique pour faire pression sur les gouvernements. Les associations les plus importantes viennent des pays anglo-saxons et surtout des États-Unis, et constituent de véritables organisations politiques. En France, le caractère de la contestation est plus local et régional. Elle réunit des personnes opposées à l'implantation d'une centrale nucléaire, d'une usine de retraitement du combustible ou d'un site de stockage au voisinage de leur lieu de vie. Elle se traduit aussi par l'existence d'associations indépendantes qui possèdent leur propre laboratoire et leur but est le contrôle de la radioactivité et l'information du public.

Après l'accident de Tchernobyl l'opposition au nucléaire est devenue plus forte et en Allemagne, en Grande-Bretagne et aux États-Unis elle à réussi de stopper un nombre de projets.

Le retraitement consiste à trier les substances radioactives contenues dans les combustibles irradiés. Son objectif est de diminuer le volume des déchets tout en recyclant l'uranium et le plutonium qui sont des matériaux toxiques mais à haute valeur énergétique. L'uranium est réutilisé comme combustible dans les réacteurs. Le plutonium sert également à la fabrication d'un nouveau combustible formé d'un mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium et appelé le MOX, déjà utilisé dans certains réacteurs français.

À l'usine de La Hague on ne retraite pas seulement les combustibles français, mais aussi ceux de l'Allemagne qui veut arrêter ses transports et de Japon. Cela va avoir pour conséquence la mise en service d'une nouvelle usine de fabrication de MOX à Marcoule. Cette politique française de service est condamnée par les écologistes.

Qu'est-ce qu'on fait avec les déchets?

Ceux qui sont de faible activité et de courte durée de sont issus de l'exploitation d'un centrale. Ceux à vie longue proviennent des combustibles et des usines de retraitement. Ils sont très toxiques et on ne sait pas encore comment on les traitera pour diminuer leur nocivité. Actuellement, la seule issue est le stockage, ça veut dire qu'on les isole dans une galerie profonde sans écoulement d'eau souterraine.

Pas seulement les déchets du nucléaire ont beaucoup de opposition, mais aussi les derniers essais nucléaires de Président Chirac. On ne comprend pas pourquoi il faut tester ces bombes quand on a une politique de paix, et ça provoque des protestations. Les campagnes les plus vastes ont été menées par Greenpeace. Les critiques suscitées par cette campagne portaient notamment sur l'absence d'un vrai débat entre les politiques sur l'absence totale de transparence en ce qui concerne les risques, mais une chose est claire, l'atoll de Mururoa a beaucoup souffert par ces explosions et il a reçu quelques fractures qui pourraient avoir un rayonnement dangereux.

La France avec ses 55 réacteurs en fonctionnement multiplie les risques tout en déployant une surcapacité de production d'électricité. Plus de 75% de l'énergie et de source nucléaire. Bien sûr la possibilité d'un accident n'est pas zéro, mais c'est encore la plus productive et la meilleure marché forme d'énergie qu'il y a.

Un alternative serait exploiter nos ressources au maximum de leur capacité ou l'utilisation du chaleur de la croûte terrestre, mais tout ça est trop peu pour les finances de la France.

Face au risque du nucléaire et en l'absence d'une énergie de remplacement réellement satisfaisante on pourrait essayer de mieux utiliser l'énergie et d'en dépenser moins!

Franz Widrich