| Recueil d'activités complémentaires

 

 

Activité 2
Description des différentes sources d'énergie
Énergie nucléaire

Description : L'énergie issue de la fission nucléaire correspond à l'énergie libérée lorsque l'on casse des noyaux d'atomes lourds comme l'uranium 235. L'uranium naturel est composé de deux isotopes : 99,3 % d'uranium 233 et 0,7 % d'uranium 235. Seul l'uranium 235 subit facilement la fission nucléaire ; il faut donc enrichir l'uranium naturel, pour obtenir une proportion d'au moins 3 % d'uranium 235. On appelle « fission nucléaire » la séparation d'un noyau atomique lourd en plusieurs noyaux légers. La fission est accompagnée d'un énorme dégagement d'énergie (1 g d'uranium 235 dégage autant d'énergie que 2,4 tonnes de charbon et 1,6 tonne de pétrole)1.

Fonctionnement technique : Pour enrichir l'uranium naturel, il faut effectuer différentes opérations. D'abord, le minerai est broyé, puis dissous dans de l'acide sulfurique. On en obtient une poudre jaune à concentration de 60 % d'uranium, qu'on appelle «  yellow cake  ».

Le fonctionnement d'une centrale nucléaire est le même que celui d'une centrale thermique au charbon, à la différence qu'on utilise la chaleur dégagée par la fission de l'uranium 235 pour faire chauffer l'eau. La pression de la vapeur ainsi produite fera tourner à grande vitesse une turbine, laquelle entraîne un alternateur qui produit l'électricité.

L'atome d'uranium 235 possède une propriété particulière : son noyau peut se briser en deux sous l'impact d'un neutron. C'est ce qu'on appelle la « fission nucléaire ». L'énergie de liaison, qui retient les protons et les neutrons au sein du noyau, est alors libérée, ce qui donne un dégagement de chaleur important. Dans un réacteur nucléaire, on dit qu'il y a réaction en chaîne parce que lorsque le noyau d'un atome d'uranium 235 se brise, il expulse deux ou trois neutrons, qui, à leur tour, bombarderont d'autres noyaux d'uranium 235 présents dans le réacteur. Dans un réacteur nucléaire, la réaction en chaîne est contrôlée par des barres de bore ou de cadmium, qui ont la capacité d'absorber efficacement les neutrons. La bombe atomique présente une situation de réaction en chaîne non contrôlée qui se propage rapidement et conduit à une explosion.

Pour en savoir plus : CEA JEUNES, [s.d.], http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie_nucleaire/le_fonctionnement
_d_un_reacteur_nucleaire/la_fission_nucleaire.

Usages : Production d'électricité, source d'énergie pour les sondes spatiales et pour certains sous-marins et brise-glaces.

Principaux pays producteurs : Les principales réserves d'uranium 235 se trouvent en Australie (26,5 %), au Kazakhstan (17 %), au Canada (12,5 % ; sur les 18 réacteurs à eau lourde du pays, 16 sont situés en Ontario, qui tire 60 % de son énergie des centrales nucléaires2), en Afrique du Sud (9 %), au Brésil (6 %) et en Namibie (6 %).

Principaux pays consommateurs : Seuls les pays riches ont des centrales nucléaires, puisque leur construction exige d'importants investissements. Quatre-vingt-dix pour cent des centrales nucléaires se trouvent en Europe de l'Ouest, aux États-Unis et au Japon. En 2006, le monde comptait 442 réacteurs nucléaires dans 31 pays.

Pourcentage de production par rapport aux autres sources d'énergie : L'énergie nucléaire représente 7 % de l'énergie mondiale et fournit 16 % de l'électricité.

Avantages : Peu d'émissions de gaz carbonique.

Émissions de gaz à effet de serre : 6 g de CO2 pour 1 kWh.

Impacts environnementaux : La construction des mines pour extraire l'uranium oblige bien souvent le détournement de rivières, la destruction de forêts, voire le déménagement de villages. Le traitement de l'uranium requiert l'utilisation de produits chimiques, qui sont souvent déversés dans l'environnement. De la mine à la formation du «  yellow cake  » jusqu'à la centrale nucléaire, de nombreux transports souvent internationaux sont nécessaires. Plus de 10 % des déchets des centrales nucléaires sont radioactifs et peuvent le rester de 300 ans à plusieurs milliers d'années. Nous n'avons toujours pas trouvé de solutions pour les emmagasiner de façon sécuritaire.

Pour en savoir plus, visitez le site de Greenpeace, au http://www.greenpeace.org/raw/content/belgium/fr/press/
reports/fichenucleaire8.pdf.

Impacts sociaux : Outre les accidents nucléaires (telle la catastrophe de Tchernobyl, en Ukraine), qui sont possibles et extrêmement dangereux tant pour les populations actuelles que futures puisque tout l'écosystème est touché et que les radiations ionisantes endommagent et détruisent les cellules vivantes, apportant des problèmes de mutation génétique et de santé pour les générations à venir, les déchets radioactifs présentent également des risques importants pour les humains. Par exemple, en 2005, le Programme des Nations unies pour l'environnement (PNUE) relatait que des conteneurs remplis de déchets radioactifs en provenance de l'Occident avaient été laissés en mer, au large de la Somalie, au cours de la décennie 1980-1990. Les raz-de-marée ont fait remonter ces déchets radioactifs à la surface, à quelques centaines de mètres des rives. «  Les populations locales ont ressenti les premiers effets de cette présence indésirable. « Un nombre important d'individus dans les zones somaliennes concernées se plaint de problèmes de santé inhabituels, y compris de difficultés pulmonaires graves et d'infections de la peau », indique-t-on dans le rapport. Le danger concerne les hommes, mais aussi l'environnement. Les observateurs du monde marin avaient déjà constaté, en 2004, des troubles de comportement de la faune liés au déversement de produits chimiques dans la mer : de « nombreux cas de cécité  [chez certains animaux marins, qu'il est] parfois possible de pêcher avec les mains : les poissons ne bougent pas, ils ne fuient pas. Quant aux tortues, elles sortent déposer leurs oeufs sur le sable, mais ensuite, au lieu de retourner à l'eau, elles avancent toujours plus loin sur la terre ferme », souligne le portail alternatif sur l'eau Planète.Bleue.info3. Bien que les populations du Sud n'aient pas accès à l'énergie nucléaire, puisque ce type de centrale est très coûteux à mettre en place, elles sont souvent ciblées pour gérer les déchets des pays du Nord, où les coûts de gestion peuvent être 100 fois plus élevés.

Réserves  mondiales  : Les réserves mondiales d'uranium 235 sont estimées à 2 millions de tonnes, ce qui, au rythme actuel de consommation, correspond à une cinquantaine d'années. s

Fusion nucléaire : l'espoir d'une source d'énergie quasi illimitée...

La fusion nucléaire consiste à reproduire le phénomène de nucléosynthèse, qui se produit en permanence au coeur des étoiles. Les éléments du tableau périodique jusqu'au fer sont produits par fusion dans les étoiles. Les atomes d'hydrogène, par exemple, sous haute température, passent à un état liquide appelé « plasma », ce qui leur permet de fusionner pour former des atomes d'hélium, provoquant le dégagement d'importantes quantités d'énergie. Dans le Soleil et les autres étoiles, la réaction s'auto-entretient, c'est-à-dire que la chaleur dégagée est suffisante pour générer la fusion d'autres atomes sans apport énergétique extérieur.

Actuellement, les chercheurs tentent de maîtriser les processus de fusion du deutérium (un isotope de l'hydrogène très abondant dans l'eau de mer). La fusion d'un seul gramme de deutérium a environ le même pouvoir énergétique que huit tonnes de pétrole. Pour arriver à la fusion, il faut d'abord rapprocher les noyaux des atomes, ce qui nécessite de les porter à une température supérieure à 100 millions de degrés Celsius.

Toutefois, dans les réacteurs, les meilleurs résultats obtenus ont été une production d'énergie 0,7 fois plus importante que l'énergie nécessaire à l'amorçage de la réaction pendant moins de 7 minutes. Nous sommes donc loin de maîtriser la technique de la fusion nucléaire.

La Russie, les États-Unis, la Chine, la Corée du Sud, le Japon, l'Union européenne et l'Inde investissent 10 milliards de dollars à la construction du RETI (Réacteur expérimental thermonucléaire international), un prototype de réacteur à fusion nucléaire dont la construction devrait s'achever en 2018. Des groupes écologistes ainsi qu'une partie de la communauté scientifique estiment que ces fonds devraient plutôt être investis dans le financement d'énergies renouvelables. D'une part, la question de la gestion des déchets radioactifs générés par le réacteur n'est pas réglée. D'autre part, on craint les risques de prolifération du tritium (autre isotope de l'hydrogène contenant un proton et deux neutrons), qui peut servir à la fabrication de bombes atomiques.

 

Notes :

  1. Anne BALLEYDIER-LEFÈVRE, L'après-pétrole, lorsque les puits seront à sec , [s. l.], éd. Petite encyclopédie Larousse, 2006, p. 48. 
  2. AGENCE NATIONALE POUR LA GESTION DES DÉCHETS RADIOACTIFS (ANDRA), [s. d.], http://www.andra.fr/dechets-radioactifs/traitement-dechets-radioactifs.htm.
  3. Sandrine DESROSES, Novethic , [s. d.], www.novethic.fr.