Qu’est-ce que l’énergie nucléaire et comment fonctionne l’énergie nucléaire ?

Depuis le début de la révolution industrielle, la demande d’énergie s’est accélérée d’année en année. Aujourd’hui, la majeure partie de cette demande énergétique est satisfaite par l’utilisation de combustibles fossiles. Les événements dévastateurs de Tchernobyl, Fukushima et Three Mile Island ont dilué une partie de l’enthousiasme qui entourait autrefois l’énergie nucléaire. En raison de la montée en flèche des coûts et des effets négatifs sur l’environnement provoqués par les combustibles fossiles, les experts travaillent 24 heures sur 24 pour minimiser leur dépendance excessive. Alors que les sources d’énergie renouvelables telles que l’éolien, le solaire et l’hydroélectricité se sont révélées être des alternatives idéales, elles sont encore loin de satisfaire les besoins humains. Le nucléaire, d’un autre côté, possède toutes les technologies nécessaires pour être utilisées à grande échelle. Malgré cela, il existe encore un grand degré de peur et d’idées fausses autour de l’énergie nucléaire.

Par définition, l’énergie nucléaire est l’énergie contenue dans le noyau d’un atome. L’énergie peut être exploitée en utilisant deux types de réactions; scission et fusion. Les atomes sont de petites particules dans les molécules qui constituent les solides, les liquides et les gaz. L’atome lui-même est composé de 3 particules appelées neutrons, protons et électrons. Un atome est constitué d’un noyau (noyau) qui contient des protons et des neutrons. Les protons portent une charge électrique positive, tandis que les électrons portent une charge électrique négative. Les neutrons, quant à eux, n’ont pas de charge électrique. Les liaisons qui lient le noyau contiennent une énorme quantité d’énergie. Lorsque ces liens sont rompus, l’énergie nucléaire est libérée. Le processus de rupture de ces liaisons pour libérer de l’énergie est connu sous le nom de fission nucléaire. L’énergie peut être récupérée pour produire de l’électricité.

 

Dans le processus de fission nucléaire, les atomes sont divisés. La division des atomes libère une grande quantité d’énergie. Toutes les centrales nucléaires à travers le monde utilisent la fission nucléaire pour produire de l’énergie, et la majorité des centrales nucléaires utilisent des atomes d’uranium comme source de combustible. Au cours de la fission nucléaire, un neutron entre en collision avec un atome d’uranium, provoquant sa scission. Il en résulte une plus grande quantité d’énergie sous forme de rayonnement et de chaleur. Lorsqu’un atome d’uranium se divise, de nombreux neutrons sont également libérés. Les neutrons libérés entrent en collision avec d’autres atomes d’uranium et le cycle se poursuit. Ce processus est connu sous le nom de réaction nucléaire en chaîne. Cette réaction est hautement contrôlée dans le réacteur de la centrale nucléaire pour générer la quantité de chaleur requise.

La fusion nucléaire est un autre moyen de libérer l’énergie nucléaire. Dans la fusion nucléaire, les atomes sont synchronisés ou mélangés pour obtenir un atome plus gros. Cela représente la source d’énergie dans le soleil et les étoiles. Bien que la fusion nucléaire puisse être utilisée pour générer de l’énergie, elle fait toujours l’objet de recherches en tant que source viable de chaleur et d’électricité. Cependant, la possibilité qu’il s’agisse d’une source d’énergie idéale pour un usage commercial n’est pas claire. Cela est dû aux défis du contrôle d’une réaction de fusion.

Comment fonctionne l’énergie nucléaire ?

L’électricité issue de l’énergie nucléaire est produite de la même manière que nous le faisons en brûlant du charbon, du pétrole ou du gaz naturel. Lors de la combustion, la chaleur formée produit de la vapeur. La vapeur fait alors tourner des turbines. Les turbines font tourner des générateurs qui produisent de l’électricité. La différence entre les centrales qui utilisent du charbon et les centrales qui utilisent l’uranium comme combustible, c’est qu’ici on ne brûle rien. En fait, ici, des faisceaux de barres d’uranium d’éléments radioactifs sont placés dans le réacteur.

Les barres d’uranium ne sont rien d’autre que de petites pastilles de céramique verticales qui sont emballées dans de longs tubes verticaux. Le processus de fission nucléaire se déroule à l’intérieur du réacteur, provoquant la séparation d’atomes individuels en leur lançant des neutrons. Les noyaux d’uranium se divisent et libèrent de l’énergie sous forme de chaleur. Les neutrons libérés divisent ensuite d’autres noyaux d’uranium.

Comme nous l’avons vu, l’uranium est le combustible utilisé dans la production d’énergie nucléaire. L’uranium est classé comme une ressource énergétique non renouvelable, bien qu’il s’agisse d’un métal bien connu extrait des roches du monde entier.

L’ensemble du processus de génération d’énergie nucléaire commence par la division des atomes. Des atomes d’uranium, qui se présentent sous la forme de pastilles recouvertes de céramique, sont incorporés au cœur du réacteur. Le résultat est une réaction en chaîne dans le noyau, qui conduit à la scission des atomes. Naturellement, l’uranium est un élément instable. Ainsi en le faisant se scinder, il se transforme pour devenir un élément stable. Ce processus entraîne la production de rayonnement et de chaleur.

• Absorption de neutrons flottants libres

Au cours du processus de fission nucléaire, des neutrons sont libérés et flottent librement à l’intérieur du noyau. Les neutrons flottants sont absorbés à l’aide de barres de contrôle. L’élément métalloïde trivalent appelé Baron qui est libéré dans l’eau de refroidissement contribue également à l’absorption de ces neutrons flottants. Cela aide à contrôler le rayonnement et à maintenir le réacteur sûr et frais.

Le rayonnement et la chaleur générés pendant le processus de fission commencent à chauffer l’eau. L’eau est, essentiellement, le fluide caloporteur entourant le réacteur. L’eau environnante remplit 2 fonctions; il empêche la surchauffe du réacteur et transporte la vapeur et la chaleur à utiliser pour faire tourner les turbines.

L’eau qui sert de caloporteur circule constamment autour et à travers le réacteur. Deux tuyaux différents sont installés pour transporter cette eau dans et hors de la chambre sous pression. Le premier tuyau (tuyau primaire) est chargé de fournir de l’eau fraîche et froide au réservoir. Le deuxième tuyau (tuyau secondaire) transporte l’eau chaude et la vapeur pour faire tourner les turbines. Au moment où les tuyaux secondaires ont transporté l’eau de la chambre, ce qui atténue l’ébullition de l’eau, l’eau chauffée peut bouillir et se vaporiser en vapeur et faire tourner les turbines. Les deux ensembles de tuyaux sont conçus de telle manière qu’ils ne peuvent pas entrer en contact l’un avec l’autre. Cela permet d’assurer l’équilibre de la température dans la chambre et de réguler la production de chaleur et de vapeur par le réacteur.

Utilisations de l’énergie nucléaire

La plupart des gens pensent que l’énergie nucléaire n’est utilisée qu’à des fins destructrices. Mais il a des utilisations bien plus positives que négatives.

• Génération d’électricité

La production d’énergie nucléaire a beaucoup en commun avec d’autres centrales électriques. La différence est que l’énergie nucléaire est utilisée dans la production de vapeur qui est dirigée vers des turbines de rotation qui déclenchent un générateur pour produire de l’électricité.

• Utilisé en agriculture

Les progrès des technologies de l’énergie nucléaire ont contribué à la production de semences résistantes aux maladies et aux insectes. Cela a permis d’améliorer les rendements des cultures. Le rayonnement nucléaire a, pendant longtemps, contribué à la préservation des approvisionnements alimentaires tels que les fruits et légumes. La technologie nucléaire a également aidé les scientifiques dans l’analyse du type de sol, et cette information a contribué à améliorer la qualité du sol.

• Test de médecine nucléaire

La technologie nucléaire est particulièrement utilisée dans le balayage isotopique (balayage radio-isotopique). Le balayage radio-isotopique utilise une petite quantité de radioactivité pour générer des images sur des caméras spéciales. La dose radioactive est normalement administrée par injection dans la veine du patient par la main ou le bras.

En outre, les radiations nucléaires sont utilisées dans le traitement du cancer, un processus connu sous le nom de radiothérapie. Les cellules affectées sont exterminées en étant soumises à des radiations.

• Fabrication de bombe atomique

Ces dernières années ont vu la prolifération des bombes nucléaires. Ces bombes sont capables de détruire une ville entière en générant des ondes de choc, des radiations et de la chaleur par fission. Cependant, la bombe atomique n’a été utilisée que deux fois dans la guerre ; les attentats à la bombe d’Hiroshima et de Nagasaki qui ont fait des milliers de morts et la destruction massive de biens et d’infrastructures.

• Identification des ressources en eau

L’eau est essentielle à la vie, mais dans la plupart des régions du globe, l’approvisionnement en eau douce est faible ou rare. Les techniques d’hydrologie isotopique aident les scientifiques à suivre et à mesurer avec précision le niveau des ressources en eau souterraine. Ces technologies innovantes offrent des outils analytiques vitaux pour une gestion et une conservation efficaces des réserves d’eau actuelles et la détection de sources d’eau nouvelles et renouvelables. Ces outils apportent également des réponses essentielles aux questions tournant autour de l’origine, de l’âge et de la répartition des eaux souterraines. De plus, ils aident à déterminer les interconnexions entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Les résultats permettent une planification éclairée et une gestion efficace des ressources en eau.

Bien que l’énergie nucléaire représente 15 % de l’électricité produite dans le monde, elle présente de nombreux avantages, notamment une énergie propre, des quantités élevées, des réserves élevées, une fiabilité, un faible coût d’exploitation, un faible taux de déchets et une alternative moins chère. Le coût initial d’une centrale nucléaire peut être extrêmement élevé et prendre des années, mais la population sera assurée d’une électricité fiable et bon marché pendant des décennies.

Références : ucsusa.org

Crédit image : pixabay