LES RÉACTEURS NUCLÉAIRES

Les réacteurs nucléaires sont en pleine évolution, dans un futur caractérisé par la croissance démographique et une évolution des styles de vie des sociétés humaines qui font la part de plus en plus belle à la consommation de l’électricité.

Regardons donc froidement, ce qui est un paradoxe compte-tenu du sujet, comment fonctionne un réacteur nucléaire pour comprendre comment les centrales vont évoluer et pourquoi elles vont se multiplier, malgré les risques.

Tout part du phénomène naturel de la radioactivité.  Certains atomes sont stables, d’autres sont instables ce qui se traduit par l’expulsion de particules et d’une grande quantité d’énergie qui permet à ces derniers d’atteindre une plus grande stabilité. Cette recherche de stabilité, que l’on appelle « réaction nucléaire », concerne donc les atomes les plus instables, des atomes lourds contenant de nombreux protons et neutrons.

La fission nucléaire est la division d’un atome lourd en deux ou plusieurs parties. Elle a été décrite pour la première fois le 17 décembre 1938 par deux chimistes berlinois. Par la suite, les physiciens ont cherché à provoquer cette réaction nucléaire tout en la contrôlant à l’intérieur d’une enceinte, ce que l’on appelle le cœur d’un réacteur nucléaire.

Le principe d’un réacteur nucléaire consiste à envoyer des neutrons percuter des atomes lourds pour provoquer leur fission. Car, lorsque l'un de ces atomes lourds capture un neutron, il devient encore plus instable, ce qui accroit sa tendance à se diviser en deux (ou plus) noyaux principaux. Mais cette fission entraine la libération de quelques neutrons, qui a leur tour peuvent percuter d’autres noyaux, provoquant, ou non, leur fission qui peuvent à leur tour fissionner.

On se trouve alors devant une réaction en chaîne qui, si on ne la freine pas, peut devenir incontrôlable et se transformer en explosion nucléaire. Trois types d’accidents conduisent à cette explosion, la perte de contrôle de la fission, appelée accident de criticité, la fusion du cœur par surchauffe et la perte totale du refroidissement.

Aussi le pilotage d'un réacteur nucléaire repose t-il sur un équilibre entre le maintien d'une masse critique (ou suffisante) de matériau fissile au coeur du réacteur pour que la réaction en chaine est lieu et son contrôle pour éviter l’explosion.

Tout un ensemble de techniques sont mises en œuvre pour parvenir à cet équilibre. La réaction en chaine est entretenue par un réflecteur de neutrons, tandis que le contrôle de la réaction s'effectue à l'aide d’un matériau qui absorbe les neutrons. Ce matériau est composé de barres de contrôle qui peuvent être introduites ou retirées du cœur du réacteur selon les besoins,  tout en évitant aussi que les sous produits de la fission n'étouffent le processus.

C’est tout un équilibre, délicat.

Mais à la base, pour qu’il y ait une réaction en chaine, il faut que les atomes lourds, que l’on appelle des noyaux fertiles, capturent les neutrons. Pour cela, la vitesse des neutrons ne doit pas être trop grande, sans quoi ils sont difficilement capturés par les noyaux. 

Du coup, dans la majorité des réacteurs, on cherche à ralentir les neutrons en les refroidissant dans ce que l’on appelle des réacteurs thermiques.  Mais il existe aussi des réacteurs à neutrons rapides qui ne fonctionnent qu’avec des atomes lourds particuliers, les noyaux fissiles, qui sont  capables de capturer même des neutrons rapides. Seuls quelques matériaux nucléaires ont cette capacité, comme le plutonium 239.  

Les réacteurs à neutrons rapides ont l’avantage d’être plus efficients que les réacteurs thermiques, mais ils sont plus difficiles à contrôler. C’est pourquoi on a tout d'abord développé des réacteurs thermiques, qui constituent la quasi totalité des réacteurs actuels.

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