Qu'est-ce que l'énergie nucléaire?

         La recherche sur la radioactivité est à l’origine de la découverte de l’énergie nucléaire.  La première étape de cette recherche est débutée en 1895 lorsque le professeur prussien  Wilhelm Roentgen conçoit l’existence de rayons capables d’impressionner des images sur des plaques noires (grâce à des radiations) et capables de faire voir le squelette humain à travers ces plaques ce sont les rayons X.  En 1896, Henri Becquerel poursuit ses recherches et démontre que l’uranium est la matière qui est à l’origine de ces rayons radioactifs. Plus tard, Becquerel donnera son nom à l’unité de mesure de la radioactivité (le Becquerel).
         Entre 1898 et 1906, Pierre et Marie Curie font des recherches qui conduisent à la découverte d’autres substances ou matières radioactives : le polonium, le thorium et le radium, ce qui leur rapporte un prix Nobel de physique en 1903. Marie Curie définit clairement la radioactivité : « phénomène physique naturel au cours duquel des atomes se désintègrent pour produire de l’énergie et des rayonnements (alpha, bêta et gamma). »

Par la suite, de 1914 à 1933, d'autres études faites par différents scientifiques (dont Rutherford, Villard, Bohr, Soddy et Fermi) mènent à des progrès dans le domaine de l’infiniment  petit. Chadwick découvre l’existence du neutron (particule composant l’atome), essentielle plus tard dans le domaine du nucléaire.

         En 1934, Irène et Frederic Joliot-Curie observent l’existence de la radioactivité artificielle qui permet de générer des rayons  radioactifs plus facilement, car avant  la découverte de ces rayons il était nécessaire d’avoir des matières naturelles (par exemple le radium était extrait du plomb).  Pour ceci, ils se voient attribuer le prix Nobel de chimie en 1935. Rutherford avait en effet démontré l’existence de la radioactivité à l’état naturel (dans notre corps par exemple), et donc la création d’un élément radioactif, n‘existant pas à l’état naturel, est ce que l’on appelle la radioactivité artificielle.

         En 1938, Hahn et Strassmann, deux physiciens allemands, montrent que le noyau de l’atome d’uranium peut être cassé sous l’impact d’un neutron.  Les Joliot-Curie appellent ce phénomène la réaction de fission, qui est une réaction libérant de l’énergie, utilisée aujourd’hui dans les réacteurs nucléaires, ce qui est une découverte fondamentale car un seul gramme d’uranium fournit autant d’énergie que trois tonnes de charbon. 

         A la suite de cette découverte, l’énergie nucléaire s’est développée de façon considérable, des réacteurs  ont été créés. Leur développement jusqu’à aujourd’hui est classé en générations.

         Avant son utilisation à but civil (production d’électricité), l’énergie nucléaire était mise à profit dans le domaine militaire. Les combustibles nécessaires pour la produire étaient utilisés pour alimenter les moteurs de sous-marins et de bateaux. En effet, la Seconde Guerre mondiale a été une étape déterminante dans l’utilisation du nucléaire.  En 1940, l’Allemagne met au point un sous-marin fonctionnant à l’aide d’un réacteur utilisant principalement de l’uranium. Dès 1941, les Etats-Unis, pour rivaliser avec l’Allemagne, développent leurs recherches sur la création d’une arme nucléaire : le projet Manhattan, soutenu par plusieurs physiciens, dont Einstein, et sous la direction du président Roosevelt. Cette arme nucléaire est bien sûr la bombe atomique.  Ce projet aboutit aux bombardements d’Hiroshima (avec une bombe à base d’uranium) et à Nagasaki (avec une bombe à base de plutonium) en août 1945, évènements qui mettent fin à la Seconde Guerre Mondiale. 

         En décembre 1953, le président américain Eisenhower fait un discours appelé « Atoms for Peace » devant l’ONU, qui recommende le changement du rôle de l’énergie nucléaire, jusque-là limitée à son usage militaire. Il promet l’utilisation de cette énergie à des fins civiles et pacifiques pour que celle-ci « serve les besoins plutôt que les craintes de l’humanité. »

         La Génération I de réacteurs nucléaires apparaît entre les années 1950 et 1960.  En 1951 aux Etats-Unis, le premier réacteur expérimental  EBR1 est développé à la station d’essai d’ARCO dans l’Idaho. Il  génère une puissance de 100 kW. En 1954, cinq réacteurs prototypes sont mis à l’œuvre dans différentes filières : c’est le début du développement de l’énergie nucléaire aux Etats-Unis. A cette même date, les Soviétiques mettent en service à Obninsk la première centrale nucléaire qui produit 5 MW, utilisant l’uranium comme combustible pour la réaction au cœur du réacteur. En France, en 1945, est créé le CEA (Commissariat à l’Energie Atomique) qui entreprend la construction de plusieurs réacteurs d’essai. En 1956, le réacteur G1 est mis en service à Marcoule, il produit de l’électricité et il a une puissance de 40 MW.  Deux autres réacteurs, G2 et G3, s’ensuivent en 1959. Ces réacteurs fonctionnent à l’uranium naturel, mais pas encore à l’uranium enrichi. 

         Entre 1970 et 1990, la Génération II de réacteurs apparaît.  Elle correspond à la majorité des réacteurs en exploitation dans le monde aujourd’hui.  Cette génération est née de la demande importante d'énergie nucléaire sur le marché à cause du choc pétrolier de 1973.
A cause de cet événement, la part de l’énergie nucléaire dans la production mondiale d’électricité est passée de 3% en 1973 à 17,5% en  1991.  Cette génération déploie des réacteurs à eau pressurisée  (REP) et des réacteurs à eau bouillante (REB) qui constituent aujourd’hui 85% du parc électronucléaire mondial. En 1973, le plan Messmer a été déployé en France, qui a lancé la construction de 60 réacteurs électronucléaires en 10 ans (dont Superphénix et Marcoule qui ont fermé).

         De nombreux incidents se sont produits dans les centrales nucléaires dans l’histoire, cependant les accidents sont rares. Il y en a eu un par exemple en 1979 dans la centrale Three Miles Island en Pennsylvanie.  L’association de défaillances techniques et d’interventions humaines incorrecte ont conduit à l’échauffement du réacteur qui a fondu en partie.  Néanmoins, l’accident le plus grave est bien sûr celui de la centrale de Tchernobyl le 26 avril 1986 en Ukraine. Suite à des erreurs humaines et techniques, l’un des réacteurs a explosé, provoquant un incendie.  Mais surtout, comme le réacteur fonctionnait sans enceinte de confinement ou de protection, un nuage radioactif s’en est échappé et s’est étendu sur toute l’Europe et a fait plusieurs fois le tour de la Terre.  Plus de 600 000 personnes ont été contaminées en Ukraine.  Cet accident a libéré à peu près 5000 fois plus de radioactivité que ce que rejette en un an une centrale qui fonctionne normalement.

Comme on peut le voir sur ce graphique , la production d'électricité via le nucléaire est en constante augmentation depuis les années 1970.

* Dans la nature, la plupart des éléments sont stables, mais certains ont des protons ou des neutrons en trop (et parfois même les deux) : il sont instables, et ne peuvent rester dans cet état, c'est pourquoi il se désintègrent (par exemple, l'uranium 238 se transforme spontanément en plomb 206).

Cette désintégration s'accompagne de différentes émissions :

==> Emissions Alpha : On parle de radioactivité α lorqu'il y a production et éjection d'un noyau d'hélium (deux protons et deux neurons)

==> Emissions Béta- : Elle intervient par la transformation dans le noyau d'un neutron en proton, le phénomène s'accompagnant de l'émission d'un électron.

==> Emissions Béta+ : La radioactivité β+ est la transformation d'un proton en neutron, le phénomène s'accompagnant de l'émission d'un positron.

De plus, ces émissions de particules s'accompagne de rayons gamma (onde électromagnétique très énergétique)

* Un élément radioactif (par exemple, l'iode 131) perd petit à petit sa radioactivité : plus le temps passe, plus de noyaux serons désintégrés: c'est la demi-vie. Pour notre exemple, elle est de 8 jours, donc au bout de 8 jours, la moitié des noyaux se seront transformée, puis 8 jours plus tard il ne restera qu'un quart des noyaux, puis encore 8 jours plus tard il n'en restera qu'un huitième, ect...

La demi-vie varie selon les éléments : de 4,5 milliard d'annés pour l'uranium 238 à quelques millisecondes pour le Roentgenium.

* La radioactivité se mesure en becquerels (Bq). Un becquerel correspond à une désintégration par seconde.

On utilise également le gray (Gy), pour mesurer la quantité de rayonnement absorbés.

* D'où vient la radioactivité ?

On estime qu'environ 77% de la radioactivité reçue par un homme est d'origine naturelle.

* Pour un an, (source OMS)

** Le Sievert (Sv) est une unité mesurant les effet biologiques des rayonnements sur un organisme exposé. Un millisievert (mSv) est égal à 0.001 Sv

*** Industries minières diverses, retombées atmosphériques des essais nucléaires militaires, instruments de mesure...