L'éléctricité et l'énergie nucléaire dans les années 1970 (science et technique)
Publié le 22/12/2011
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La spécificité de la source d'énergie, dans les centrales nucléaires, entraîne toutefois des servitudes importantes qui n'existent pas dans les centrales classiques. La première provient de ce que la puissance est beaucoup plus concentrée que dans une chaudière à charbon ou à fuel ; il faut donc aménager un système de refroidissement capable d'évacuer rapidement les calories produites. D'autres exigences résultent de la nature du combustible. Les résidus de la combustion du gaz ou des hydrocarbures sont évacués sans grands problèmes. Ceux de la fission de l'uranium sont des éléments radio-actifs extrêmement dangereux dont il faut libérer le moins possible dans l'environnement. Beaucoup d'entre eux trouvent d'ailleurs leur emploi dans diverses applications pratiques ; mais on ne les extraira du combustible que lorsque celui-ci, ayant fourni toute l'énergie qu'il pouvait donner, sera retiré du réacteur. Le combustible nucléaire est donc façonné sous forme de barreaux entourés d'une gaine faite d'un métal absorbant peu les neutrons et entrant peu en réaction avec les matériaux limitrophes : ordinairement du magnésium ou de l'acier inoxydable. La température maximale du barreau d'uranium ne doit pas dépasser 600°, car vers 6006 l'uranium change de structure cristalline et augmente de volume, risquant ainsi de briser la gaine. Quant à la gaine, elle ne doit pas dépasser 430 à 450°, pour ne pas avoisiner le point de fusion du magnésium. On touche ici au handicap majeur des centrales nucléaires actuelles : le fluide caloporteur et le fluide qui actionne les turbines sont à des températures moins élevées que dans les grandes centrales thermiques : en vertu du principe de Carnot, le rendement de la transformation de l'énergie thermique en énergie électrique est moindre.
«
L
es centrales nucléaires constituent l'application industrielle
d'une série de découvertes inaugurée
il y a un peu plus de
trois quarts de siècle, lorsque Henri Becquerel s'aperçut que
les noyaux d'uranium et de radium peuvent se désintégrer spontané
ment en émettant des
particules alpha (deux protons et deux électrons,
autrement dit un noyau d'hélium), des électrons (rayonnement bêta)
et des radiations électromagnétiques, de même nature que la lumière,
mais de très petite longueur d'onde (rayonnement gamma).
Les pro
duits de cette désintégration sont des noyaux d'éléments de numéro
atomique (nombre de protons) un peu inférieur
à celui du radium (88)
ou de l'uranium (92).
Le nombre de masse (protons + neutrons) est,
de même, légèrement inférieur à celui des noyaux désintégrés.
Autre
ment dit, la radio-activité spontanée se traduit par la transmutation
d'éléments très lourds en éléments un peu moins lourds, mais situés
eux aussi dans les dernières cases de la classification périodique de
Mendeleïev, qui va de l'élément le plus léger, l'hydrogène (numéro
atomique 1), à l'élément le plus lourd connu dans la nature terrestre,
l'uranium (numéro atomique 92).
En 1919, Rutherford, bombardant des noyaux d'azote avec des
particules alpha, les transmuta en un élément plus lourd, l'oxygène.
En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie, bombardant du bore et de
l'aluminium avec des particules alpha, obtiennent respectivement des
isotopes radio-actifs de l'azote et du phosphore.
Entre-temps, Chadwick avait découvert
le neutron et l'on était
arrivé
à la représentation désormais classique du noyau atomique.
ll
comprefld.
des protons, porteurs chacun d'une charge électrique, et
dont le nombre, caractéristique pour chaque élément, n'est autre que
leur
nutnéro dans la classification de Mendeleïev, qui trouve ainsi son
sens physique ;
et des neutrons, dépourvus de charge électrique.
La
plupart d.es éléments existent en plusieurs variétés, ou isotopes, qui 1.
»
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