Défis nucléaires

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À quel point a-t-on « domestiqué » l’énergie nucléaire ?

François Gauché : Ce qui me frappe, c’est la rapidité avec laquelle les découvertes en physique atomique ont débouché sur des applications révolutionnaires. La radioactivité est découverte en 1896, le neutron l’est en 1932, la première pile atomique voit le jour en 1942 et le premier réacteur nucléaire français connecté au réseau électrique est mis en service en 1956. On a ainsi domestiqué une partie de l’énorme quantité d’énergie contenue dans la matière selon la formule célèbre E = mc2. En utilisant la fission des noyaux (voir le schéma ci-contre), on tire d’un kilo d’uranium dans un réacteur nucléaire 10 000 fois plus d’énergie que d’un kilo de charbon ou de pétrole dans une centrale thermique. Bien connaître les effets nocifs de la radioactivité a nécessité un peu plus de temps. Il reste des progrès à faire mais les risques liés à son exploitation civile, principalement présents dans l’industrie et dans la médecine, sont amplement maîtrisés. Les craintes suscitées par la radioactivité proviennent en bonne partie de son invisibilité, de l’accident de Tchernobyl et du fait qu’elle est couramment associée à l’arme nucléaire. N’oublions pas que, comme dans toute autre technologie, c’est la dose qui fait le poison. La radioactivité est très facilement mesurable ; c’est en partie ce qui permet de la maîtriser. La possibilité d’en détecter des doses infimes a rendu possible une multitude d’applications, comme la datation en archéologie, l’emploi de traceurs en biologie ou en chimie, les mesures de défauts de matériels industriels...

Quels problèmes la production d’énergie nucléaire pose-t-elle ?

F.G. : Il faut d’abord améliorer l’emploi de l’uranium qui, dans les centrales à eau pressurisée, dites de deuxième génération, n’est consommé qu’à hauteur de quelques pourcents. La troisième génération de réacteurs, nommés EPR (1) et dont deux exemplaires sont actuellement en construction, améliore les rendements, la sûreté et la flexibilité d’exploitation. Par ailleurs, certains produits de fission de l’uranium sont durablement radioactifs. Ce sont des déchets dont il faut chercher à réduire la production. Dans une quatrième génération, une filière dite à neutrons rapides permettrait de « brûler » un pourcentage d’uranium beaucoup plus important. Il s’agirait aussi de convertir plus efficacement la puissance nucléaire en puissance électrique grâce à une température plus élevée dans le réacteur. Toutefois, l’utilisation de la fission n’est pas la seule manière d’extraire de l’énergie des noyaux. La fusion nucléaire contrôlée constitue une alternative dont l’exploration a commencé il y a quelques décennies déjà. Tous ces projets nécessitent d’employer des matériaux plus résistants aux hautes températures et aux irradiations. Enfin, ils ne rencontrent pas seulement des problèmes techniques : quelle que soit l’ampleur des efforts entrepris en matière de sûreté, ils doivent aussi faire l’objet de transparence et d’explications toujours plus importantes pour être acceptés du public.

En quoi consiste le projet de fusion contrôlée ?

F.G. : La fission de noyaux lourds libère beaucoup d’énergie mais la fusion de noyaux légers, pour une masse équivalente à celle des noyaux lourds, peut en libérer bien davantage encore. Au coeur du Soleil, des paires de noyaux d’hydrogène s’associent pour former de l’hélium en dégageant une énergie considérable. On envisage de réaliser sur Terre des réactions similaires avec deux isotopes (cf. l'article Instable matière ) de l’hydrogène, le deutérium et le tritium, mais, pour y parvenir, il faut les confiner dans un plasma porté à 100 millions de degrés ! La domestication de l’énergie de fusion est donc un défi très difficile à relever. Elle présente néanmoins des avantages qui justifient d’engager d’importants moyens financiers, en mobilisant de nombreuses équipes de recherche internationales. Le deutérium, ainsi que le lithium qui sert à produire le tritium, sont suffisamment abondants pour ne pas risquer de pénurie avant plusieurs millions d’années. Les déchets produits auront une radioactivité moins durable et globalement moins toxique que dans les centrales à fission ; leur gestion devrait donc en être simplifiée. Enfin, il n’y aura aucun risque d’emballement de réaction en chaîne, contrairement au cas des réacteurs à fission. Le projet Iter (2), qui vient d’être lancé, est une étape déterminante de ces recherches. Il s’agit de construire une installation expérimentale capable de produire une énergie dix fois plus importante que celle qui est nécessaire pour chauffer le plasma. L’étape suivante consistera à convertir en électricité l’énergie rayonnée par le plasma sur les parois de son conteneur. Il faudra alors recourir à des matériaux capables de résister longuement à une irradiation de neutrons très énergétiques. Des installations complémentaires d’Iter seront construites pour tester de tels matériaux. Le cyclotron Arronax à Nantes pourrait servir à des études préliminaires en ce sens

(1) European Pressurized Reactor (2) International Thermonuclear Experimental Reactor

La radiochimie, une chimie qui voit loin

La demande en ressources énergétiques ne cesse de croître. Parallèlement, les combustibles d’origine fossile se raréfient et l’on cherche à réduire les émissions de CO2. C’est pourquoi les projets de production d’énergie d’origine nucléaire vont probablement se multiplier dans les prochaines décennies.

Cette perspective appelle de nouveaux progrès en sciences des matériaux : des capacités d’isolation accrues pour le stockage des déchets radioactifs ; des combustibles nucléaires offrant de meilleurs rendements et générant moins de déchets dangereux ; des matériaux pouvant résister à des températures plus élevées et à des irradiations plus intenses que dans les centrales actuelles.(cf. l'article Défis nucléaires )
Le fait que certains déchets demeurent radioactifs pendant plusieurs millénaires pose un problème qui dépasse largement le cadre temporel des décisions auxquelles nous sommes accoutumés : aujourd’hui, il n’y a pas d’autre solution que de les enfouir sous terre et, quels que soient le lieu et le mode de stockage, il faut garantir qu’aucune substance radioactive ne s’échappera pour réapparaître ailleurs via un écoulement souterrain ou un phénomène géologique. Cette exigence nous force à développer des méthodes de prévision fiable sur des temps inhabituellement longs. L’altération de matériaux contenant une forte concentration d’isotopes radioactifs de longues demi-vies reste mal connue. Elle dépend de plusieurs facteurs, notamment de la présence d’eau dont la capacité d’infiltration est grande et dont les produits de radiolyse ((cf. l'article Des effets radicaux )) sont très corrosifs.

Outre le développement de modèles théoriques, nous menons des recherches expérimentales à l’aide de sources radioactives très limitées en nombre et en puissance pour des raisons de sécurité. Le cyclotron Arronax pourrait être très utile à ces études grâce aux rayonnements alpha pulsés (très brefs) et très intenses qu’il sera capable de produire. Nous cherchons notamment à mieux connaître l’évolution de plastiques, de bitumes, de sels fondus et de composés où se mêlent des phases liquides et des phases solides, ou encore l’évolution d’argiles et de ciments employés pour enclaver les déchets. Il s’agit aussi d’améliorer les méthodes permettant de séparer les constituants des déchets en vue de recycler certains d’entre eux. Enfin, l’étude des réactions des produits de radiolyse sur diverses molécules peut servir à sélectionner des composés capables de bloquer la dégradation des matériaux de stockage due à la radiolyse de l’eau.

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