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Article dossier jeunes | L'énergie nucléaire | L'énergie nucléaire : fusion et fission

La fission nucléaire et la réaction en chaîne (3/3)

Mis à jour le décembre 2006

L'énergie nucléaire : fusion et fission

LA RÉACTION EN CHAÎNE

La fission est la rupture d’un gros noyau (noyau d’uranium 235, par exemple) qui, sous l’impact d’un neutron, se scinde en deux noyaux plus petits. La fission s’accompagne d’un grand dégagement d’énergie. Simultanément se produit la libération de deux ou trois neutrons.
Les neutrons ainsi libérés peuvent provoquer à leur tour la fission d’autres noyaux et la libération d’autres neutrons, et ainsi de suite… On a une réaction en chaîne puisqu’en induisant une seule fission dans la masse d’uranium, on peut obtenir si on ne contrôle pas les neutrons au moins 2 fissions, qui vont en provoquer 4, puis 8, puis 16, puis 32…
Les deux principales utilisations de la fission sont les réacteurs nucléaires et les bombes nucléaires de type A. Dans les réacteurs, la réaction en chaîne est stabilisée à un niveau donné, c’est-à-dire qu’une grande partie des neutrons est capturée afin qu’ils ne provoquent pas d’autres fissions. Il suffit seulement qu’un neutron, à chaque fission, provoque une nouvelle fission pour libérer régulièrement de l’énergie (Voir dossier pédagogique Le fonctionnement d'un réacteur
nucléaire
). Au contraire, pour la bombe, la réaction en chaîne doit être la plus divergente possible dans le temps le plus court : on favorise sa croissance exponentielle et l’on confine l’énergie le plus longtemps possible.
La réalisation d’une bombe nécessite de grandes connaissances technologiques et un matériau fissile très pur.
 
“Dans les centrales nucléaires, la réaction en chaîne est stabilisée, dans les bombes atomiques, elle est au contraire amplifiée.”
  Exponentielle 
Fonction mathématique dont la croissance est de plus en plus rapide et continue.

LA MASSE CRITIQUE

Les neutrons peuvent être capturés par certains noyaux d’atomes (l’uranium 238 présent dans la masse d’uranium avec l’uranium 235, par exemple) ou s’évader sans provoquer de fission. Pour que la réaction en chaîne s’établisse, il faut donc rassembler en un même volume une masse suffisante de noyaux fissiles, appelée “masse critique”.
Celle-ci est un paramètre important pour une utilisation militaire de l’énergie nucléaire où, contrairement à son utilisation dans le civil, la réaction en chaîne doit se propager très vite et sans limites.




ÉNERGIE NUCLÉAIRE ET ENVIRONNEMENT

Dans un autre domaine, la fission est largement utilisée, dans les réacteurs nucléaires pour produire de l’électricité. En France, environ 75 % de notre électricité est produite par l’énergie nucléaire. C’est une énergie très concentrée puisque 1 g de matière fissile permet de produire 24 000 kWh, soit l’équivalent de 2 tonnes de pétrole. Pour donner des ordres de grandeur, un Français consomme en moyenne 4,2 tonnes équivalent pétrole (tep) par an, un habitant des États-Unis 8,3 tep et un homme sur la terre consomme en moyenne 1,4 tep.
L’accroissement de l’effet de serre dû aux activités humaines devient une préoccupation importante car il pourrait conduire à un réchauffement climatique gravement préjudiciable à la planète. L’énergie nucléaire, en fonctionnement, ne produit pas de gaz carbonique, contrairement au pétrole, au charbon ou au gaz. Elle ne contribue pas, comme les énergies renouvelables, au réchauffement climatique. L’Europe qui produit 35 % d’électricité d’origine nucléaire permet d’éviter l’émission de gaz carbonique d’une quantité égale à celle produite par le parc automobile européen (environ 200 millions de véhicules).
Comme toute activité industrielle, le nucléaire génère des déchets, mais en très faible quantité. La production de près de 80 % de notre électricité conduit à 1 kg de déchets radioactifs par habitant et par an. Cette quantité est à comparer aux 2 200 kg de déchets ménagers et 800 kg de déchets industriels, par exemple, dont 100 kg sont fortement toxiques. Sur un kilogramme de déchets radioactifs, il faut particulièrement se préoccuper des 10 g de haute activité à vie longue. Ainsi, le volume de ces déchets provenant de la fourniture de l’électricité d’une personne pendant les 75 ans de sa vie est équivalent à celui d’une cannette de bière et dix fois supérieur si l’on tient compte du conditionnement.

 
“En Europe, 35 % de l’électricité est produite par le nucléaire. En France, la production d’électricité nucléaire est d’environ 75 %.”