L'énergie nucléaire : Devrions-nous l'utiliser ?

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Mis à jour le Thu Jul 15 2021

Pourquoi le nucléaire ?

L'énergie nucléaire ne provoque presque aucune émission de CO₂ par rapport aux combustibles fossiles comme le charbon et le gaz.

Combien de CO₂ en moins le secteur de l'énergie émettrait-il si nous n'utilisions que l'énergie nucléaire (au lieu de produire l'énergie comme nous le faisons aujourd'hui)[2019Energy1] ?


Equivalent-CO₂ des émissions dans le cas du 100% nucléaire par rapport au mix énergétique actuel

En plus, le nucléaire peut fournir de l'électricité fiable quand elle est nécessaire.

L'énergie nucléaire fait l'objet d'oppositions en raison d'accidents rares mais très visibles. Face à un défi aussi sérieux que le changement climatique, il vaut la peine de peser soigneusement nos options. Nous ne voulons pas prendre une décision de façon irrationnelle et passer à côté de quelque chose de génial ! Pour cela, nous devons d'abord comprendre comment fonctionne l'énergie nucléaire.

Comment pouvons-nous obtenir de l'énergie en fractionnant des atomes ?

As-tu entendu parler de la formule d'Einstein « E = mc² »? Cette équation dit essentiellement que la masse et l'énergie sont les deux faces d'une même pièce : nous pouvons convertir de la masse en énergie (et inversement) ! C’est précisément de là que vient l’énergie d’une centrale nucléaire.

Les atomes sont constitués de protons, de neutrons, et d'électrons. Les protons et les neutrons sont au centre de l'atome (appelé le « noyau »). Les protons ont une charge positive, les électrons une charge négative, et les neutrons n'ont aucune charge.

L'hélium

Si tu as vu le tableau périodique, tu sais que chaque élément qui s'y trouve est défini par le nombre de protons qu'il possède. Cependant, les atomes d'un même élément avec un même nombre de protons peuvent avoir un nombre de neutrons différents - ces atomes sont appelés les isotopes de cet élément.

Aujourd'hui l'énergie nucléaire est basée sur la fission nucléaire : quelques isotopes de certains éléments se divisent lorsqu'on lance un neutron sur eux.

Dans les réacteurs nucléaires, nous utilisons maintenant de l'uranium 235 (U-235), un isotope de l'uranium qui compte 92 protons et 143 neutrons. L'isotope s'appelle Uranium-235 parce que la somme de ses protons et neutrons est 235.

Lorsqu'on lance un neutron sur U-235 et que le noyau U-235 se sépare, on obtient :

  • Deux atomes plus petits
  • Quelques neutrons (jusqu'à 5 mais en moyenne 2,5 ; c'est quelque peu aléatoire d'une scission à une autre)
  • De l'énergie sous forme de chaleur. C'est de là que nous obtenons l'énergie !
Fractionner l'uranium

Quelle est la différence entre une bombe nucléaire et une centrale nucléaire ?

Remarques-tu quelque chose ? Un neutron permet de diviser un atome U-235 en libérant de l'énergie et plus de neutrons. Ces nouveaux neutrons peuvent causer la division de plus de U-235 et le processus se répète. Donc, en concentrant beaucoup d'atomes U-235 en un seul endroit, on obtient...

Une réaction nucléaire en chaîne

Pourquoi est-ce un problème?


Si chaque scission provoque deux scissions ou plus, toute la puissance sera libérée très rapidement. C'est en gros ce qui se passe dans une bombe nucléaire. Dans les réacteurs nucléaires, nous voulons que chaque division provoque en moyenne exactement une division de plus, ce qui maintient la réaction stable et constante.

Une réaction nucléaire en chaine stable

Comment y parvenir ? (Indice : les neutrons d'une scission U-235 sortent rapidement, mais U-235 ne se divise que s'il est frappé par un neutron lent)


Un neutron qui se déplace rapidement avec beaucoup d'énergie est plus susceptible de rebondir sur un noyau U-235 sans le scinder qu'un neutron plus lent. Cependant, si le neutron est trop lent, les réactions se produisent de manière exponentielle. Nous devons donc être prudents pour définir à quel point nous ralentissons les neutrons.

Éviter les explosions

Pour faire tout ce ralentissement, nous ajoutons un matériau appelé modérateur. La plupart des réacteurs nucléaires d'aujourd'hui utilisent l'eau comme modérateur, mais d'autres options sont également considérées (plus de détails dans le chapitre suivant).

Comment obtient-on de l'électricité à partir de ça ?

Si tu te souviens, chaque fois qu’un atome U-235 se divise, de la chaleur est libérée et les réacteurs nucléaires d’aujourd’hui utilisent l’eau comme modérateur.

Les réacteurs à eau pressurisée (REP) contiennent deux circuits d'eau. Le premier, appelé le circuit primaire, absorbe la chaleur de la fission de U-235.

Réacteur à eau pressurisée - étape 1

Cette eau chaude passe ensuite par un tuyau qui traverse un circuit d'eau séparé.

Réacteur à eau pressurisée - étape 2

La vapeur créée à partir de l'ébullition de ce deuxième circuit d'eau est ensuite utilisée pour faire tourner une turbine. Cette dernière partie du processus est similaire à celle d'une usine à charbon.

Réacteur à eau pressurisée - étape 3

L'énergie nucléaire est-elle sûre ?

À ton avis, quelles sont les préoccupations en matière de sécurité pour le processus ci-dessus ?


Tout ce qui précède est un problème. Regardons les chiffres, dans la mesure du possible.

L'énergie nucléaire cause-t-elle plus ou moins de morts que le charbon (par unité d'électricité produite)?


Charbon ou sécurité nucléaire

Des accidents horribles se sont produits à Fukushima en 2011 et à Tchernobyl en 1986. Cependant, contrairement à la croyance populaire, les accidents nucléaires sont extrêmement improbables et provoquent dans l'ensemble beaucoup moins de morts que les combustibles fossiles (principalement parce que la combustion des combustibles fossiles libère une pollution de l'air mortelle).

Taux de mortalité pour différentes sources d'énergie

Cependant, il est juste de dire que l'expertise en construction de réacteurs nucléaires permet aussi à certains pays de mieux construire des bombes.

L'autre inconvénient de la fission nucléaire, ce sont les déchets radioactifs. Les déchets se présentent essentiellement sous deux formes :

  • L'uranium-238 appauvri : L'uranium naturel est composé d'environ 99,3% d'uranium-238 et 0,7% d'uranium-235. Mais nous avons besoin que les barres d'uranium dans les réacteurs contiennent 4 à 5% d'uranium-235. Dans la création de ce combustible enrichi, nous jetons une grande quantité d'uranium-238. Heureusement, ce déchet n'est pas un risque.
  • Le combustible usé et les autres déchets radioactifs : Après avoir utilisé une certaine quantité des 4 à 5% d'uranium-235 initial dans le combustible nucléaire enrichi, la matière qui reste n'est plus assez radioactive pour être utilisée efficacement. Cependant, elle est encore assez radioactive pour être dangereuse pour les humains et la nature, et ce, pour des milliers à des millions d'années après son utilisation.
Les principaux types de déchets de l'énergie nucléaire

À ce jour, il y a 90 000 tonnes de combustible usé aux États-Unis (ce qui correspond à un terrain de football américain de 5 400 m² sur 20 mètres de profondeur). Bien que nous sachions comment stocker temporairement ces déchets, nous n'avons pas encore de solution à long terme. Dans le chapitre suivant, nous discuterons des moyens potentiels de résoudre ce problème tout en retirant plus d'énergie !

Le nucléaire coûte cher

Le nucléaire coûte cher

Outre la perception du public autour des aspects de sécurité de l'énergie nucléaire, un problème indéniable est que la construction de nouvelles centrales nucléaires coûte cher. En fait aujourd'hui, il n'est pas considéré rentable de construire de nouveaux réacteurs dans les pays occidentaux.

Conclusion

Le nucléaire est une source d'énergie fiable et proche de zéro émission de carbone. Bien qu'il soit trop coûteux de construire de nouvelles centrales dans les pays occidentaux, des pays comme la Chine et l'Inde en développent beaucoup - et c'est bon pour le climat[2019ÉnergieÉnergie1] !

L’énergie nucléaire d’aujourd’hui a un problème de déchets. Cependant, les explosions sont si rares et causent relativement si peu de décès que le nucléaire est, en fait, l'une des formes d'énergie disponibles les plus sûres ! Si la construction de nouvelles centrales nucléaires est devenue peu économique dans le monde occidental, éteindre les réacteurs que nous avons déjà construits ne fait que supprimer une alternative au charbon plus sûre et presque sans carbone ..

Dans le prochain chapitre, nous examinerons de nouvelles idées en matière d’énergie nucléaire qui pourraient aider à résoudre les problèmes actuels du nucléaire.

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