Nucléaire

1Définition

L'énergie nucléaire est produite par la fission d'atomes lourds (uranium-235, plutonium-239) dans le cœur d'un réacteur. La chaleur dégagée vaporise de l'eau qui entraîne une turbine couplée à un alternateur. Elle fournit 10 % de l'électricité mondiale et 65 % de l'électricité française (2023).

Définition

Production d'électricité par récupération de la chaleur dégagée par la fission nucléaire contrôlée d'isotopes fissiles, principalement l'uranium-235 enrichi à 3-5 % (réacteurs civils).

2Principe physique

Lorsqu'un neutron frappe un noyau d'uranium-235, le noyau se scinde en deux fragments plus légers (krypton, baryum…) et libère 2 à 3 neutrons, qui à leur tour provoquent d'autres fissions : c'est la réaction en chaîne.

Bilan énergétique

La fission d'un gramme d'U-235 libère environ 24 000 kWh, soit l'équivalent énergétique de 2,5 tonnes de charbon ou 1 700 L d'essence. Cette densité extraordinaire (≈ 1 million de fois celle de la combustion chimique) tient à l'équation E=mc² : une fraction de la masse nucléaire est convertie en énergie.

Pour qu'une réaction en chaîne soit entretenue, il faut atteindre la masse critique et la géométrie critique. Dans un réacteur, on la contrôle par des barres de contrôle (bore, cadmium) qui absorbent les neutrons.

3Histoire de l'atome civil

Jalons
  • 1938 — Hahn, Strassmann, Meitner découvrent la fission de l'uranium en Allemagne.
  • 2 décembre 1942 — Enrico Fermi réalise la première pile atomique à Chicago (CP-1).
  • 1945 — Bombardements d'Hiroshima et Nagasaki.
  • 1954 — Obninsk (URSS) : première centrale civile raccordée au réseau (5 MW).
  • 1956 — Calder Hall (Royaume-Uni) : premier réacteur commercial (50 MW).
  • 1963 — Chinon A1 : premier réacteur français à uranium naturel graphite-gaz.
  • 1973-78 — Programme Messmer : 58 réacteurs commandés en France après le choc pétrolier.
  • 26 avril 1986 — Catastrophe de Tchernobyl.
  • 11 mars 2011 — Accident de Fukushima-Daiichi (séisme + tsunami).
  • 2023 — Démarrage de Flamanville 3 (EPR), avec 12 ans de retard.

4Filières de réacteurs

Plus de 440 réacteurs sont en service dans le monde. Quatre grandes familles dominent :

Filières principales
FilièreCaloporteurModérateurExemples
REP / PWREau pressuriséeEauFrance, USA, Corée, Chine (≈ 300 unités)
REB / BWREau bouillanteEauJapon, USA, Allemagne
CANDUEau lourdeEau lourdeCanada, Inde, Argentine
RBMKEauGraphiteURSS (Tchernobyl) — obsolète
VVEREau pressuriséeEauRussie, Europe de l'Est
EPR Gen III+Eau pressuriséeEauFlamanville, Taishan, Hinkley Point
SMR (Gen IV)VariésVariésEn développement (NuScale, Rolls-Royce, BWRX-300)

5Cycle du combustible

Le cycle du combustible nucléaire comporte 7 étapes :

  1. Extraction — mines d'uranium (Kazakhstan, Canada, Australie, Niger).
  2. Concentration en yellowcake (U₃O₈).
  3. Conversion en hexafluorure d'uranium (UF₆), gazeux.
  4. Enrichissement — passage de 0,7 % d'U-235 naturel à 3-5 % (par ultracentrifugation).
  5. Fabrication des pastilles et assemblages combustibles.
  6. Utilisation en réacteur (3-4 ans).
  7. Gestion des combustibles usés : retraitement (La Hague) ou stockage direct (USA).
Consommation française
  • 8 000 tonnes d'uranium naturel par an.
  • 1 200 tonnes de combustible chargé annuellement en réacteur.
  • 1 150 tonnes de combustibles usés retraités à La Hague.
  • Volume total de déchets HA-VL accumulés : 3 700 m³ (2022).

6Sûreté & accidents

L'INES (International Nuclear Event Scale) classe les incidents et accidents nucléaires de 0 à 7.

Les 3 accidents majeurs
  • Tchernobyl (1986, INES 7) — Explosion du réacteur n°4. 30 morts immédiats, dizaines de milliers de cancers (thyroïde) chez les liquidateurs et riverains. Zone d'exclusion de 2 600 km² toujours en place.
  • Three Mile Island (1979, INES 5) — Fusion partielle du cœur. Aucun mort, mais coup d'arrêt au programme nucléaire US.
  • Fukushima-Daiichi (2011, INES 7) — Tsunami de 14 m. Perte du refroidissement, fusion de 3 cœurs. 160 000 évacués. Rejets en mer toujours en cours.

La probabilité d'un accident grave par réacteur-an est estimée à 10⁻⁵ pour les réacteurs Gen III+ (EPR). Les centrales françaises font l'objet de visites décennales avec tests de sûreté renforcés.

7Enjeux & avenir

Le nucléaire vit un retour en grâce lié à l'urgence climatique : il émet 12 g CO₂/kWh (contre 820 g pour le charbon). L'AIEA prévoit un doublement de la capacité mondiale d'ici 2050.

Projets en cours en 2024 :

  • France — plan "6+8 EPR2" annoncé en 2022 (première mise en service 2035).
  • Chine — 55 réacteurs en service, 26 en construction, objectif 200 à l'horizon 2035.
  • SMR — small modular reactors : production en usine, taille 50-300 MW, première mise en service vers 2028-2030.
  • Déchets — projet Cigéo à Bure (France) : stockage géologique profond, décision attendue en 2027.