L'ÉNERGIE NUCLÉAIRE

Lorsqu’on parle de nucléaire, on fait souvent référence à la fission nucléaire. Il existe en effet deux types de réactions nucléaires : la fission, qui consiste à scinder un noyau lourd en deux noyaux plus petits, et la fusion faisant l’inverse, en fusionnant deux noyaux plus légers en un noyau plus lourd.

La fusion nucléaire étant particulièrement difficile à maîtriser techniquement, elle n’en est actuellement qu’au stade de recherche et nous ne devrions pas en voir d’applications industrielles avant la deuxième moitié du XXIe siècle. La fission est quant à elle connue et maîtrisée depuis près de 70 ans avec l’apparition des premières centrales nucléaires en URSS, en France et aux Etats-Unis au milieu des années 1950.

> Le nucléaire en France

Concrètement, la fission consiste à projeter un neutron sur un noyau lourd. Si ce noyau a les bonnes propriétés physiques, il aura alors une certaine probabilité de se scinder en deux atomes plus légers. Cette réaction dégage alors un ou plusieurs neutrons qui pourront à leur tour aller percuter d’autres noyaux lourds et ainsi déclencher une réaction en chaîne. Au sein d’un réacteur nucléaire, cette réaction en chaîne est contrôlée dans le temps afin de produire de la chaleur qui servira à produire de l'électricité de façon stable et continue.

Pour que la réaction de fission puisse avoir lieu, il faut que le noyau lourd en question puisse se scinder en deux lorsqu’il capte un neutron. On dit alors de cet atome qu’il est fissile.

Tous les atomes ne sont pas fissiles mais c’est cependant le cas de ²³⁵U (uranium 235), un isotope de l’uranium (deux isotopes sont deux variantes d’un même élément chimique, ils comportent donc le même nombre de protons et un nombre différent de neutrons).

L’uranium naturel étant composé à plus de 99% d’uranium 238, isotope non fissile, et 0,72% d’uranium 235, l’uranium naturel doit être enrichi en uranium 235 à hauteur de 3-4% afin d'être utilisable dans les réacteurs nucléaires. Cette étape d’enrichissement est absolument nécessaire au fonctionnement des centrales modernes.

Le mode de fonctionnement des centrales nucléaires est similaire à celui des centrales à gaz et à charbon : le combustible est utilisé pour chauffer de l’eau qui sera transformée en vapeur. Cette vapeur d’eau servira alors à faire tourner une turbine qui actionne un alternateur pour produire de l'électricité. Les centrales nucléaires n’utilisant pas de combustible fossile, celles-ci n'émettent donc pas de CO₂ lors de leur fonctionnement.

> Avantages du nucléaire

Plus précisément, la réaction de fission nucléaire a lieu à l'intérieur de la cuve du réacteur avec le combustible enrichi. Dans le cas des réacteurs à eau pressurisée (REP) qui constituent l’intégralité des 56 réacteurs français encore en activité, le circuit primaire est un flux d’eau à haut débit facilitant la réaction nucléaire et transportant de la chaleur.

Cette eau est chauffée à près de 330°C et est maintenue liquide grâce à une haute pression. Le circuit primaire va alors transmettre de la chaleur au circuit secondaire (il est important de noter qu’il n’y a ici aucun échange de matière entre ces deux circuits), dont l'eau se transformera en vapeur pour actionner l’alternateur de la turbine qui produira de l'électricité.

Après être passée dans la turbine, cette vapeur d’eau doit être condensée à l’aide d’un circuit de refroidissement pour être renvoyé vers le réacteur et répéter l'opération.

Le circuit de refroidissement peut alors prendre deux formes :

Circuit fermé

En circuit fermé, l’eau est prélevée d’un cours d’eau au débit limité. Cette eau est envoyée vers le condenseur et sera refroidie dans une tour aéroréfrigérante. Une partie s'évapore dans cette tour en formant une fumée blanche caractéristique alors que le reste est renvoyé vers le condenseur. Ces tours, souvent utilisées comme symbole des centrales nucléaires, ne sont pas pour autant nécessaires dans toutes les centrales comme nous allons le voir.

Circuit ouvert

En circuit ouvert, l’eau est prélevée en grande quantité depuis la mer ou un fleuve à gros débit. Cette eau traverse directement le condenseur pour le refroidir et est renvoyée légèrement plus chaude à sa source. Lors des fortes canicules, il arrive que certaines de ces centrales en bord de fleuves soient momentanément arrêtées pour éviter de trop réchauffer l’eau du fleuve. Cette mesure sert à préserver la faune et la flore du cours d’eau mais ne pose aucun problème de sûreté pour la centrale.