Explication de texte: Une centrale Nucleaire n’est pas une bombe H

Au vu des différentes informations visible sur le net en ce moment du au tremblement de terre survenu au Japon, nous allons expliquer un peu mieux comment fonctionne une centrale nucléaire et surtout l’énorme différence entre une installation civile de ce type et une arme de destruction massive plus communément appelé Bombe Atomique.

Une centrale nucléaire peut-elle exploser comme une bombe atomique ?

Centrales nucléaires et bombes nucléaires ont en commun de tirer parti de l’extraordinaire énergie contenue dans le noyau des atomes à travers des réactions nucléaires de fission (voir les articles « Ce produit est constitué de 99,999999 % de vide » et « Ce produit contient l’équivalent de 21 000 tonnes de TNT« ). On distingue 2 types de réactions nucléaires : la fusion et la fission. Dans la fusion, 2 petits noyaux se réunissent pour former un gros noyau alors que dans la fission, c’est un gros noyau qui se désintègre en plusieurs petits noyaux : généralement 2 noyaux + 2 ou 3 neutrons comme on peut le voir sur la figure ci-contre où un noyau d’Uranium 236 (contenant 236 particules) se désintègre pour former un noyau de Krypton , de Baryum 141 et 3 neutrons. L’Uranium 236 est un isotope de l’Uranium : il contient 92 protons (comme tous les noyaux d’uranium) et 236-92 = 144 neutrons. On ne le trouve pas naturellement dans la nature puisque les minerais d’uranium sont constitués à 99,3 % d’Uranium 238 (92 protons et 146 neutrons) et 0,7 % d’Uranium 235 (92 protons et 143 neutrons). Pour former un noyau d’Uranium 236, il faut qu’un noyau d’Uranium 235 capte un neutron comme cela est indiqué sur la figure ci-dessous :

Réaction en chaîne

Ainsi, la réaction nucléaire au coeur d’une centrale nucléaire comme d’une bombe nucléaire est du type :

1 noyau d’Uranium 235 + 1 neutron → 2 noyaux plus petits + 2 à 3 neutrons

Supposons que 2 neutrons émis par la désintégration d’un noyau d’Uranium 235 rencontrent 2 noyaux d’uranium 235. Ceux-ci vont à nouveau se désintégrer donnant naissance à 2×2=4 nouveaux neutrons eux-mêmes susceptibles de rencontrer 4 autres noyaux d’uranium 235 qui eux-même vont produire 4×2=8 nouveaux neutrons susceptible de continuer le processus (voir le schéma ci-contre) : c’est une réaction en chaîne. Sachant qu’à chaque fois que ce processus à lieu, il libère une très grande énergie, on comprend qu’une réaction nucléaire libère une quantité colossale d’énergie en un temps extrêmement court : 10 kg d’Uranium 235 sont complètement désintégrés en seulement 84 étapes comme celle qui vient d’être décrite !

Masse critique

L’emballement ou non de la réaction dépend de la rencontre ou non entre les noyaux produits par la désintégration  et d’autres noyaux d’Uranium 235. S’il n’y a pas assez de noyaux d’Uranium 235, les neutrons produits vont pouvoir s’échapper de l’échantillon d’uranium 235 et la réaction en chaîne ne se fera pas. Il y a donc une masse critique d’uranium 235 pour laquelle la réaction en chaîne se réalise. En théorie cette masse est de 200 kg d’Uranium 235. Durant la seconde guerre mondiale, il n’était pas possible de réunir une telle masse d’uranium 235 et les scientifiques Nazis ont renoncé à développer une bombe nucléaire pour cette raison. Cependant, le groupe de chercheur réuni par le gouvernement Américain à Los Alamos pour élaborer la bombe nucléaire réussirent à réduire cette masse critique en entourant l’uranium 235 de réflecteur à neutrons, renvoyant les neutrons émis vers le centre du « combustible ». Cela leur permit de réduire la valeur de la masse critique à 15 kg d’Uranium 235.

Enrichissement de l’uranium

Comme nous l’avons vu, à l’état naturel, les minerais d’Uranium sont constitué à seulement 0,7 % d’Uranium 235. Cette concentration est bien trop faible pour initier la réaction en chaîne. Il est nécessaire d’enrichir l’Uranium pour augmenter la concentration en Uranium 235. Pour un usage militaire (dans les bombes nucléaires), il faut 80 % d’Uranium 235. L’enrichissement de l’uranium est très complexe, très long et très coûteux, il est nécessaire de séparer les noyaux d’Uranium 235 des noyaux d’Uranium 238. C’est la raison pour laquelle, bien que la technologie des bombes nucléaires soit relativement simple à comprendre sur le papier, tous les pays ne sont pas capables de construire une bombe nucléaire. La photo ci-contre montre un des instrument retrouvé en Irak qui permet d’enrichir l’uranium.

Dans les centrales nucléaires, pour que la réaction nucléaire ne s’emballent pas, on fait en sorte que les neutrons produis par la désintégration d’un noyau ne rencontre pas plus d’un noyau d’Uranium 235. Pour cela, on utilise un minerai à 3 % seulement et on ralentit les neutrons à l’aide d’un modérateur (de l’eau ou de l’eau lourde et des barres de carbones graphites) comme on peut le voir sur la photo ci-contre, où les barres de combustibles (à droite) sont au fond d’une piscine. Les neutrons produit par la réaction nucléaire sont ralentis par l’eau et empêche l’emballement de la réaction. En effet, en cas d’erreur de manipulation et d’emballement de la réaction, la lenteur des neutrons limite la taille de l’explosion. A une température de quelques milliers de degrés, les atomes bougent plus vite que les neutrons et ceux-ci ne leur rentrent plus dedans : la réaction en chaine est stoppée. L’énergie produite peut effectivement faire exploser le réacteur mais à des niveaux d’énergie comparable à celle des explosions conventionnelles, c’est à dire des millions de fois plus petite qu’une explosion nucléaire. Contrôler une centrale nucléaire n’est pas du tout identique à contrôler une bombe nucléaire (par construction incontrôlable une fois la réaction en chaine activée).

Il y a bien de réels dangers dans l’utilisation des réacteurs nucléaires (dont celui de la fonte du réacteur en cas de fuite sur le système de refroidissement, avec le risque de dispersion de matériaux radioactifs dans l’environnement) mais une explosion du type bombe nucléaire n’en fait pas parti.

Et le plutonium ?

La fusion de noyaux de Plutonium est également utilisée dans les bombes nucléaires. Celle-ci est plus efficace que celle de l’uranium car elle produit plus de neutrons. La masse critique de Plutonium est donc plus faible que celle d’Uranium : 5 kg de Plutonium suffit là il en fallait 15 avec l’Uranium (en 1945, la bombe qui a explosé sur Hiroshima était une bombe à Uranium tandis que celle qui a explosé à Nagasaki était une bombe à Plutonium). Parmi les déchets de combustible des réacteurs nucléaires, on trouve beaucoup de Plutonium. En effet, lorsque l’uranium 238 (qui constitue la majorité des barres de combustible) est frappé par un neutron, il se transforme en noyau d’Uranium 239, élément radioactif (temps de demi-vie de 23 min) qui se désintègre en Neptunium 239, lui-même radioactif (demi-vie 2,3 jours) pour donner les fameux noyaux de plutonium 239.

Ainsi, l’enjeu du nucléaire civil dépasse bien souvent le simple accès aux ressources énergétique car lorsqu’un pays se dote d’une centrale nucléaire, il se munit par la même occasion d’une source de Plutonium, susceptible d’être recyclé à des fins militaires : la frontière entre nucléaire civil et nucléaire militaire est ténue comme l’illustre cet extrait d’un article publié dans le monde du 16 Novembre 2007 :

Le rapport remis, vendredi 16 novembre, par le directeur de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), Mohamed El Baradei, ne permet pas de savoir si le programme nucléaire iranien est civil ou militaire. Guetté comme une étape cruciale dans la crise diplomatique autour du nucléaire iranien, le rapport que le directeur de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), Mohamed El Baradei, a remis, vendredi 16 novembre, est un document lourd d’ambiguïtés, susceptible de donner lieu à des interprétations divergentes, et donc d’attiser les tiraillements à l’ONU à propos de nouvelles sanctions contre Téhéran.

Cela ne veux pas dire que la catastrophe au Japon sera bénigne, seulement que le risque d’explosion incontrôlé des centrales en péril seront incomparable a une véritable bombe atomique. La pollution de l’environnement sera par contre bien évidement catastrophique sans parler des pertes humaines liées directement a ou aux explosion(s) techniques des installations et des suites lie a la pollution des rejets contamines.

Source Lewebpedagogique.com