[PDF] Untitled Lorsqu'il a cours au

View - Download Untitled

Previous PDF

Next PDF

Chez le meme editeur, sur le meme sujet:

Collection " Les dossiers scientifiques de la SFP »

Les dechets nucleaires, R. Turlay Ed. (1997).

L"energie dans le monde, bilan etperspectives, J.-L. Bobin, H. Nifenecker, C. Stephan (2001).

Collection

IPSN L"uranium, de I"environnement a I"homme, coordonne par H. Metivier (2001) Catastrophes et accidents nucleaires dans I"ex-Union Sovietique, coordonne par

D. Robeau (2001).

Radioactive

pollutants, impact on the environment, coordonne par F. Brechignac et

B.J.Howard (2001).

Le cesium, de I "environnement a I"homme, D. Robeau, F. Daburon, H. Metivier (2000) Les retombees en France de I"accident de Tchernobyl, P. Renaud, K. Beaugelin,

H. Maubert, P. Lendevic (1999).

Le radon, de I"environnement a I"homme, coordonne par H. Metivier et M.-C. Robe (1998).

Elements

de surete nucleaire, J. Libmann (1998) Les installations nucleaires et I"environnement, L. Foulquier, F. Bretheau (1998).

ISBN : 2-86883-575-9

Tous droits de traduction, d"adaptation et de reproduction par tous precedes, reserves pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n"autorisant, aux termes des alineas 2 et 3 de

1"article 41, d"une part, que les " copies ou reproductions strictement reservees a

1"usage prive du copiste et non destinees a une utilisation collective », et d"autre part,

que les analyses et les courtes citations dans un but d"exemple et d"illustration, " toute representation integrate, ou partielle, faite sans le consentement de 1"auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinea ler de 1"article 40). Cette representation ou reproduction, par quelque precede que ce soit, constituerait done une contrefagon sanctionnee par les articles 425 et suivants du code penal.

© EDP Sciences 2002

Remerciements

Les auteurs de ce livre tiennent a exprimer leurs plus vifs remerciements a Renee Lucas, qui a assure la coordination de cet ouvrage. Us remercient egalement tous ceux qui ont bien voulu les aider a un moment ou a un autre de leur travail, et dont la liste est la suivante : N. Alamanos, Ch. Behar, J. Bergeron, O. Bersillon, T. Bolognese, L. Boulanger, B. Boullis, F. Bugaut, G. Cohen-Tannoudji, M. Cribier, J. Cugnon, G. Damette, C. Diop, J.-L. Flament, D. Gardes, D. Goutte, F. Gunsing, D. Iracane, A. Lecocq, M. Lecomte, A. Lepretre, F. Marie, J. Martino, V. Meot, H. Metivier, J.-P. Millot, J. Mougey, D. Paya, J.-C. Petit, J. Poirier, M. Prome, J.-L. Romet, M. Salvatores, J.-P. Schapira, M. Spiro, P. Toulhoat, M. Viala, S. Vuillier et

D. Whitall.

A Robert Legrain, notre ami regrette.

Cette page est laissée intentionnellement en blanc.

Preface

II y a quelques annees, nous celebrions le premier centenaire de la decouverte de la radioactivite par Henri Becquerel, puis Marie Curie. Cette commemoration fut

1"occasion de montrer toutes les implications de cette extraordinaire aventure, tant

pour les lois physiques qu"il fallut profondement remanier que pour notre connaissance de 1"univers. La radioactivite - nous le savons maintenant - fait partie integrante de notre environnement. Elle est, en somme, naturelle : sans elle, point d"etoiles, point de soleil, et done pas de vie possible. On la trouve dans le noyau de la Terre, dans la croute terrestre, dans 1"atmosphere aussi bien que dans 1"eau de mer, et jusque dans nos propres corps.

L"homme

a apprivoise la radioactivite et 1"a meme domestiquee au sens ou il est devenu capable de la produire artificiellement. Celle-ci est maintenant a la base de bien des diagnostics medicaux, comme le scanner ou la scintigraphie. Elle est egalement utilisee dans le traitement des tumeurs par radiotherapie. Certaines de ses applications sont omnipresentes dans notre environnement, depuis le banal detecteur de fumee jusqu"au traitement des semences par irradiation en passant par la metrologie ou les methodes de datation. En France, par le biais de la fission nucleaire, elle figure en bonne place dans la production d"energie electrique et, bien sur, dans les dechets qui en resultent. Enfin, elle est presente dans l"armement nucleaire avec, la aussi, tout un cortege de dechets. Ce bref panorama montre que le probleme de la radioactivite et des phenomenes d"origine nucleaire est complexe. Mais quelles que soient les opinions qu"on peut avoir sur ce sujet, il convient d"eviter les slogans reducteurs a 1"effet pernicieux. On peut dire par exemple " non au nucleaire », mais certainement pas " non a la radioactivite » puisque celle-ci est naturellement presente autour de nous et en nous : un poisson pesant un kilogramme, achete sur le marche, produira toujours au minimum une centaine de becquerels, qu"il y ait ou non des reacteurs nucleaires en activite ; de meme, tout individu demeurera emetteur ambulant d"une radioactivite de sept a huit mille becquerels emanant de son propre corps; enfin, notre soleil continuera de briller et de nous chauffer grace a 1"energie nucleaire qu"il produit. Nous sommes done dans 1"obligation de conserver et d"accepter au moins la radioactivite naturelle, pour la simple raison que nous n"avons pas le choix. Nous avons d"ailleurs

6 Le nucleaire explique par des physicians

cohabite sans le savoir avec la radioactivite tout au long du developpement de la vie sur Terre et de 1"emergence de notre espece. Le centenaire que nous avons celebre est celui de notre prise de conscience de 1"existence de la radioactivite, non celui de son apparition. D"accord, dira-t-on, mais ne pourrait-on en rester la et refuser toute la radioactivite que 1"homme produit en surplus ? Cela impliquerait deja de renoncer aux radiographies, aux scanners, au traitement des tumeurs cancereuses par radiotherapie. Mais inutile de " tourner autour du pot» plus longtemps : c"est la production d"electricite dans les centrales nucleaires, et non les applications medicales de la radioactivite, qui est le plus souvent remise en cause par ce genre d"interrogation. II faut dire que le probleme est d"actualite. Dans quelques annees, les plus anciennes centrales nucleaires fran^aises arriveront en fin de vie et nous devons d"ores et deja nous demander par quoi nous les remplacerons. Devrons-nous en construire de nouvelles ? Pour preparer les choix futurs, des recherches ont ete entreprises au niveau europeen pour mettre au point une nouvelle filiere integrant le savoir-faire acquis avec des exigences de surete accrues. Mais si on decidait de ne pas construire ces nouvelles centrales, que ferait-on pour compenser le deficit de production d"electricite ? Les seules possibilites realistes de remplacement font appel aux centrales thermiques traditionnelles (charbon, fuel ou gaz), les energies renouvelables (eolien, solaire, biomasse, geothermie) ne pouvant jouer en la matiere qu"un role d"appoint. Aux criteres de choix lies a la specificite du nucleaire s"ajoutent toute une palette de considerations sociales ou economiques : balance entre avantages et inconvenients, cout, approvisionnement en combustible, independance energetique, etc. L"impact de nos activites sur 1"environnement est aussi une question fondamentale a laquelle nos societes sont devenues tres sensibles. Qu"il y ait ou qu"il n"y ait pas renouvellement du pare electronucleaire, cette question concerne les dechets et les rejets de toutes les sources d"energie. Quel est leur impact sur 1"effet de serre et a partir de quel seuil cet impact devient-il intolerable ? II semble que certains scientifiques soient tres pessimistes a ce sujet, estimant que 1"activite humaine conduira a une modification irreversible du climat. Ensuite, comment gerer au mieux les dechets, et en particulier ceux d"origine nucleaire, sans oublier bien sur ceux deja produits ? Une eventuelle " sortie du nucleaire » ne les supprimera pas d"un coup de baguette magique.

Prenant conscience

de 1"importance de ces differentes questions, des physiciens specialistes de recherche fondamentale en physique nucleaire ont cree un groupe, le CESEN (Cercle d"Etudes Sur 1"Energie Nucleaire), au sein duquel ils ont entrepris d"assimiler 1"ensemble des concepts et des techniques mis en jeu par la maitrise de

1"energie nucleaire. Leur but etait d"abord de comprendre ce qui se passe dans le cycle

de 1"electronucleaire, depuis la mine d"uranium jusqu"au traitement et au stockage des dechets. C"est le bilan de leurs travaux qu"ils presentent aussi simplement que possible dans la premiere partie de ce livre.

Preface 7

Dans un deuxieme temps plus prospectif, ces memes physiciens ont cherche a s"approprier les reflexions et les recherches visant a reduire sensiblement

1"inconvenient majeur de 1"energie nucleaire (les dechets qu"elle produit) tout en

continuant a beneficier de ses avantages (abondance, cout, absence d"effet de serre induit). En d"autres termes, il s"agissait de savoir si le nucleaire est un probleme du passe ou une solution d"avenir pour un developpement durable et equitable. Us ont pour cela examine des scenarios possibles de production d"electricite d"origine nucleaire qui genereraient beaucoup moins de dechets radioactifs, voire qui bruleraient ou " incinereraient » les dechets existants. Les dispositifs correspondants, parmi lesquels les reacteurs dits "hybrides», pourraient etre utilises soit en complement du pare actuel, soit en tant qu"incinerateurs en cas de sortie de

1"electronucleaire. En tout etat de cause, la decision de proceder a 1"incineration des

dechets radioactifs les plus importants permettrait de reduire de plus d"un ordre de grandeur 1"inventaire des dechets nucleaires. C"est 1"etat de leurs connaissances et de leurs reflexions que les auteurs ont voulu partager avec un large public, dans un style qui se veut simple mais rigoureux, partant du fait scientifique puis eclairant ses implications techniques et economiques.

Paul Bonche,

Directeur

de recherches du CEA. Cette page est laissée intentionnellement en blanc.

Premiere partie

Qu"est-ce I"electricite

nucleaire ?

Sommaire

1. Les mecanismes physiques de la radioactivite 11

Etienne Klein

2. La radioactivite dans I"environnement 23

Bernard Bonin

3. Les effets des rayonnements radioactifs sur le vivant 35

Jean-Marc Cavedon

4. Une breve histoire de I"electronucleaire 55

Franck Quatrehomme

5. Aspects economiques de I"energie nucleaire 67

Gabriele Fioni

10 Le nucleaire explique par des physiciens

T a radioactivite correspond a 1"instabilite de certains noyaux atomiques. Elle n"est J-" pas un phenomene recent puisque les premiers noyaux atomiques ont commence de se former et, pour certains, de se desagreger quelques secondes seulement apres le big bang, il y a environ quinze milliards d" annees ! Le chapitre 1 raconte cette fascinante histoire de la formation des noyaux atomiques, dans 1"univers primordial pour les plus legers d"entre eux, dans les etoiles pour les plus lourds. II evoque ensuite la decouverte de 1"atome par l"homme, puis celle de la radioactivite proprement dite par Henri Becquerel en 1896. Enfin, il explique en termes simples comment nous comprenons aujourd"hui les mecanismes physiques mis en oeuvre lors des processus radioactifs. Le chapitre 2 se presente, quant a lui, non comme une histoire mais comme une peregrination. Le lecteur est invite a se munir d"un compteur de radioactivite puis a voir ce qu"indique ce compteur lors d"une " promenade » dans 1"environnement: au fond des mers, dans le sous-sol, dans le foie des poissons, sous 1"ecorce des arbres, dans une mine d"uranium... II constatera que la radioactivite est partout presente autour de nous, a des niveaux plus ou moins eleves qu"il est important d"avoir en tete. Quels sont les effets de la radioactivite sur le vivant ? La reponse a cette question essentielle fait 1"objet du chapitre 3. Elle n"est pas simple, notamment parce que la " radiotoxicite », c"est-a-dire 1"effet des rayonnements ionisants sur les organismes vivants, a la particularite d"etre etrangere a tous nos sens : invisibles, inodores, impalpables, silencieux et sans saveur, les " rayons » peuvent nous frapper et alterer notre sante sans que nous nous en apercevions immediatement. D"ou 1"importance d"etablir les bases qui permettent de definir une gradation et une progressivite dans

1"evaluation du risque radioactif.

La deuxieme moitie de cette premiere partie concerne non plus la radioactivite, mais

1"electronucleaire,

et d"abord son histoire, qui s"est ecrite a un rythme fulgurant. Qu"on en juge : moins de dix annees separent la decouverte de la radioactivite artificielle et la divergence de la toute premiere pile atomique ; trois annees de plus et la puissance destructrice des reactions en chaines du coeur de 1"atome aneantit les villes de Hiroshima et Nagasaki ; quelques annees encore et c"est toute une industrie, civile cette fois, qui voit le jour. Peu de decouvertes fondamentales en physique auront ouvert la voie a de tels developpements en un laps de temps aussi court, et produit un bilan aussi contraste. Le chapitre 4 nous rappelle les principaux jalons du premier demi-siecle de 1"electronucleaire, en les replacant dans leur contexte historique.

Nous terminerons cette premiere partie

par une presentation generale des aspects economiques de la production d"energie, notamment nucleaire. Celle-ci doit tenir compte de plusieurs facteurs (previsions des croissances economique et sociale, estimation des reserves disponibles, prix des combustibles, contraintes environnementales...) qui dependent fortement de la situation politique mondiale. Dans le chapitre 5, nous discuterons done des taux de production, des evaluations des besoins futurs d"energie dans le monde, des emissions mondiales de dioxyde de carbone (qui est un gaz a effet de serre que 1"electronucleaire ne produit pas), puis nous aborderons les aspects economiques directement lies a 1"energie nucleaire. A litre de comparaison, des estimations sur le cout de reference de la production electrique en France seront presentees pour les differentes sources actuellement utilisees.

1 Les mecanismes physiquesde la radioactivite

Nous ne cohabitons consciemment avec la radioactivite que depuis un peu plus d"un siecle. Nos sentiments a son egard sont passes successivement de 1"emerveillement a la crainte. Mais si la radioactivite est aujourd"hui un sujet a la mode, elle n"est pas, en tant que phenomene physique, une affaire recente puisqu"elle commence avec la naissance de 1"univers, il y a une quinzaine de milliards d"annees ! Nous commencerons par raconter 1"histoire de la formation des noyaux atomiques, qu"on appelle la nucleosynthese, puis nous evoquerons la decouverte de 1"atome par

I"homme, puis celle de la radioactivite.

1. La formation des noyaux atomiques

Quelques secondes apres le big bang, 1"univers etait encore ties chaud, avec une temperature d"environ un milliard de degres. C"etait une sorte de grand chaudron cosmique, capable d"engendrer des bribes d"edifices materiels. II y avait la les protons, mais aussi les neutrons, les electrons et les photons, tous tres agites, filant dans tous les sens et se percutant regulierement. Les photons, dont 1"energie jusque-la brisait systematiquement 1"union d"un proton avec un neutron, devinrent trop mous pour y arriver: les noyaux de deuterium, assemblages d"un proton et d"un neutron, commencerent done a se former (ces noyaux, comme tous les noyaux, sont d"une densite extraordinaire, de 1"ordre de 2 x 1017 kg/m3, chiffre a comparer a la densite de

1"eau liquide, qui n"est que de 103 kg/m3). Des leur apparition, ces noyaux de

deuterium purent agglutiner a leur tour un neutron et un proton, et ainsi former des noyaux d"helium. Les manages de cette sorte allerent alors bon train, mais ils n"etaient pas systematiques. Certains protons n"eurent pas 1"occasion de rencontrer de partenaires stables. Ils resterent done celibataires. Plus tard, ils servirent de noyaux a 1"hydrogene,

1"element chimique le plus leger. Les manages n"etaient pas non plus toujours

durables. II y avait des passades, voire de simples rencontres sans suite : des noyaux etaient formes qui ne survivaient que pendant des durees extremement courtes. Tres rapidement, victimes de leur instabilite, ils enclenchaient une procedure de separation. Ils se scindaient en d"autres noyaux plus legers en emettant un rayonnement caracteristique. Bref, ils etaient " radioactifs ». La radioactivite naturelle date done de

12 Le nucleaire explique par des physiciens

cette periode mouvementee. On peut considerer qu"elle est apparue des la formation du premier noyau instable. Contrairement a ce qu"on croit trop souvent, ce n"est pas rhomme qui 1"a inventee. Mais pourquoi tant d"unions nucleaires furent-elles ephemeres ? Un noyau d"atome est constitue de protons et de neutrons agglutines. Qu"est-ce qui les tient ensemble ? Une force bien sur, une force attractive tres intense, qui ne joue qu"au niveau nucleaire. Sa portee est tres courte, de 1"ordre du fermi (10~15 metre), dimension qui correspond a la taille d"un proton. Cette force s"appelle 1"interaction nucleaire forte. Elle agit comme une sorte de glu qui colle deux nucleons (proton ou neutron, peu importe pour elle) en contact 1"un avec 1"autre, mais dont la force s"affaiblit tres rapidement des qu"on les ecarte un tant soit peu 1"un de 1"autre. Comme son nom

1"indique, elle est incroyablement puissante. Elle est par exemple capable d"arreter, sur

quelques millioniemes de milliardieme de metres, un proton lance a cent mille kilometres par seconde... Mais une autre force, antagoniste de la force nucleaire, agit egalement au sein des noyaux. C"est la repulsion electrique, qui tend a repousser deux particules dont les charges electriques sont de meme signe. Les protons sont charges positivement. Us se repoussent done les uns les autres. En revanche, les neutrons, qui sont electriquement neutres, ne subissent pas la force electrique. Quand les noyaux se sont formes, au tout debut de 1"univers, 1"agitation des nucleons etait si forte que des kyrielles d"assemblages tres divers ont pu facilement se former. Mais tous n"etaient pas egalement stables. Trois cas de figure pouvaient se rencontrer : Premier cas : le nombre de protons et de neutrons dans 1"assemblage etait tel que la force nucleaire forte et la repulsion electrique se compensaient exactement; le noyau ainsi forme etait alors stable et allait le rester. Deuxieme cas : les forces etaient disproportionnees a cause d"un trop grand desequilibre entre les nombres de protons et de neutrons en presence;

1"assemblage etait instable et ne subsistait pas.

Troisieme cas, intermediate entre les deux premiers : le noyau forme etait radioactif. II n"etait pas stable au sens propre du terme, mais il se maintenait pendant une duree limitee avant de se desintegrer pour former un ou plusieurs autres noyaux plus legers avec emission de rayonnement. Ce temps dependait du desequilibre entre les deux forces : plus celui-ci etait important et plus la duree de vie du noyau etait faible. Au bout de trois minutes de ce petit jeu de chocs et d"explosions, de manages et de ruptures, on pouvait trouver dans 1"univers des noyaux d"hydrogene et de deuterium, des noyaux d"helium 4 et d"infimes traces d"helium 3, et egalement du lithium 7 et du beryllium 7. Mais rien d"autre. II n"y avait ni carbone, ni oxygene, ni noyaux lourds.

L"ascension vers

la complexite s"etait soudainement bloquee. II y avait une explication a cela : apres trois minutes, 1"univers etait deja tellement dilue par son expansion que les particules (noyaux ou nucleons), trop eloignees les unes des autres, n"avaient plus la possibilite de se rencontrer, de s"agglutiner et de former des noyaux plus gros. Plus de rencontres, plus de manages, done arret des reactions nucleaires.

1 - Les mecanismes physiques de la radioactivite 13

Mais les choses n"en sont pas restees la. Pour permettre la formation des elements lourds, 1"univers a employe les gros moyens: il a mis en route les etoiles.

Laissons

s"ecouler quelque trois milliards d"annees pendant lesquels il ne s"est presque rien passe en matiere de nucleosynthese. Seul evenement capital: la gravite a fait germer des semences de galaxies. Des nuages gazeux d"hydrogene et d"helium, des centaines de milliards de fois plus massifs que le Soleil, s"effondrent alors sous

1"effet de leur propre poids et se fractionnent en des centaines de milliards de petits

nuages gazeux dont la masse varie d"un dixieme jusqu"a une centaine de fois la masse du Soleil. Par effet de gravite, ces nuages s"effondrent a leur tour, transformant ainsi

1"energie gravitationnelle en chaleur. La densite et la temperature dans leur cceur

augmentent furieusement. La temperature atteint bientot des dizaines de millions de degres. Au coeur de ces grosses boules gazeuses, les noyaux d"hydrogene et d"helium s"entrechoquent. Les reactions de fusion nucleaire peuvent s"enclencher, liberant de

1"energie sous forme de rayonnements : les boules gazeuses s"allument les unes apres

les autres. C"est la naissance des premieres etoiles. Ce sont elles qui vont fabriquer les elements plus lourds que 1"helium ou le beryllium.

Prenons

I"exemple d"une etoile vingt-cinq fois plus massive que le Soleil (seules les etoiles dont la masse est superieure a dix fois celle du Soleil ont le coeur assez chaud pour mener a son terme la fabrication des elements lourds). L"etoile epuise progressivement sa reserve d"hydrogene dans son coeur en la convertissant en helium. Au bout de sept millions d"annees, tout le carburant d"hydrogene est parti. Le rayonnement s"affaiblit et, sous 1"effet de la gravite, 1"etoile se contracte : saquotesdbs_dbs43.pdfusesText_43

[PDF] affiche de propagande staline 1938 PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande staline 1939 PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande staline analyse PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande staline histoire des arts PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande staline histoire des arts analyse PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande staline histoire des arts contexte historique PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande staline le petit père des peuples analyse PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande vichy PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande vichy histoire des arts PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] affiche de propagande vive l'allemagne PDF Cours,Exercices ,Examens

[PDF] Affiche de propagande: "Longue Vie au Grand Staline" 3ème Français

[PDF] Affiche de Rosie the riveter 3ème Histoire

[PDF] Affiche de sensibilisation espagnol 3ème Espagnol

[PDF] affiche de sensiblisation en espagnol 3ème Espagnol

[PDF] affiche definition PDF Cours,Exercices ,Examens