L’énergie Nucléaire et les Déchets

L’énergie nucléaire

A-le phénomène de radioactivité

Rayons peu pénétrantsRayons alphaEmission d’un noyau d’HePortée dans l’air = 2,5 à 8,5 cmArrêtés par une feuille de papier Ou la surface externe de la peau

Rayons un peu plus pénétrantsRayons betaEmission d’un électronPortée dans l’air = quelques mTraverse la couche supérieureDe la peauArrêtés par une feuille de Al ou une vitre

Rayons très pénétrantsRayons gammaNature électromagnétiqueArrêtés seulement par de Grandes épaisseurs de matéraiux(béton, plomb…)

Les trois types de rayonnements radioactifs

B-les sources de radioactivité

La radioactivité d'origine naturelle :

- rayonnements des étoiles (rayonnements cosmiques) -des substances radioactives naturelles dans le sol (rayonnements telluriques)

-Aliments absorbés -Air qui contient du radon, gaz qui provient de la désintégration de l'uranium présent dans l'écorce terrestre sont, naturellement radioactifs.

La radioactivité peut être également artificielle, si elle provient des

applications créées par l'homme (industries, médecine, etc.).

C-la radioactivité et la santé

D- utilisation de la radioactivité dans la production d’énergie électrique

Uranium = atome le plus lourd présent naturellement sur Terre.Il est composé de 92 protons. Les 2 principaux isotopes de l'uranium sont 235U (qui a 143 neutrons) et 238U (146 neutrons).

Le noyau de l'atome d'uranium 235 est fissile. Sous l’action des neutrons, il subit le phénomène de fission, qui libère une énergie considérable. Cette réaction est exploitée dans les centrales nucléaires actuelles. L'uranium 238, pour sa part, ne peut fissionner dans les réacteurs nucléaires.

238U est majoritaire, la proportion naturelle de 235U = 0,71 %.

Le neutron, sans charge électrique, s'approche près du noyau sans être repoussé par des forces électriques.

Le neutron pénètre à l'intérieur de ce noyau, = fission du noyau. La réaction de fission nucléaire s'accompagne de l'émission de nouveaux neutrons et d'un dégagement d'énergie environ 100 millions de fois plus élevé que celui d’une réaction chimique.

Des deux ou trois neutrons produits, certains sont perdus ou absorbés dans la matière, d'autres rencontrent d’autres noyaux d'uranium et causent de nouvelles fissions =réaction en chaîne

Cette réaction en chaîne a lieu dans le cœur du réacteur. Elle y est entretenue et stabilisée grâce à un réglage fin du nombre de neutrons absorbés.

Cette réaction en chaîne est contrôlée en descendant etremontant des barres de Commande (bore) qui peuvent absorber les neutrons en excès.

L’eau est chauffée dans le circuit primaire et chauffe l’eau du circuit secondaire qui est transformée en vapeur qui fait tourner la turbine quientraîne l’alternateur qui produit l’électricité.

Les différentes étapes du traitement du minerai

Le minerai = concentré sur son lieu d'extraction (installation implantée au plus près de la mine). Les roches sont concassées et finement broyées L'uranium est extrait par différentes opérations chimiques.

Le concentré fabriqué a l'aspect d'une pâte appelée "yellow cake"(gâteau jaune) en raison de sa couleur. Il contient environ 75 % d'uranium. Ce "yellow cake" subit une transformation chimique pour devenir un gaz : UF6

Mine d’UraniumFrançaise près deLimoges, Haute vienne Restauration du site après fermeture

Proportion d'atomes 235U dans l'uranium naturel = 0,7 %.

Les réacteurs nucléaires utilisent comme combustible un uranium contenant entre 3 et 5 % d’ 235U.

Il faut enrichir l'uranium naturel. Le procédé d'enrichissement le plus utilisé est la "diffusion gazeuse".

Après enrichissement, l'UF6 est transformé en oxyde d'uranium (UO2).

UO2 est comprimé en petites pastilles cuites au four à très haute température.

Une pastille = un cylindre de 1 cm de long et large, pèse 7 grammes et peut libérer autant d'énergie qu'une tonne de charbon.

Ces pastilles sont ensuite enfilées dans de longs tubes (ou gaines) de 4 m en alliage à base de zirconium dont les extrémités sont bouchées de manière étanche pour constituer les "crayons" de combustibles. Les "crayons" sont regroupés en "fagots" de section carrée, appelés assemblages.

Disposés selon une géométrie précise, les assemblages de combustible forment le cœur du réacteur où ils séjournent 3 ou 4 ans. Durant cette période, la fission de l'uranium 235 fournit la chaleur nécessaire à la production d'électricité. Mais le combustible subit également des transformations qui le rendent progressivement moins performant :

- diminution de la teneur en uranium 235 - formation de produits de fission perturbant la réaction en chaîne.

Lorsqu'il est trop "usé" pour produire de l'énergie de manière performante, le combustible est retiré du cœur du réacteur et remplacé par du combustible neuf.

Un réacteur du parc français consomme ainsi environ 27 tonnes d'uranium enrichi par an.

GazA partir du « yellow cake »

Les réactions àl’intérieur du réacteur nucléaire

Le retraitement

traitement et recyclage

Le combustible "usé" compte 97 % d'uranium et de plutonium, qui sont récupérés et recyclés. A La Hague, les crayons de combustibles usés sont cisaillés, et dissous dans l'acide nitrique.

Le plutonium et l'uranium sont extraits par des méthodes chimiques. Le tributyl-phosphate (TBP) concentre l'uranium et le plutonium.

L'uranium récupéré peut à nouveau être enrichi et suit une voie analogue à celle du combustible ordinaire.

Le plutonium permet de fabriquer de nouveaux combustibles composés d'un mélange d'oxyde d'uranium et d'oxyde de plutonium, le "MOX" (de l'anglais "mixed oxides"), déjà utilisé dans un tiers des réacteurs à eau pressurisée (REP) français.

Les produits de la fission sont des éléments radioactifs qui représentent les seuls vrais déchets ultimes de la combustion nucléaire. Ils sont vitrifiés et entreposés comme déchets radioactifs (3%).

Combustible usé

E-Les déchets nucléaires

Comparaison déchets ménagers et déchets spéciaux

1) Les risques liés à la situation passée

2) La gestion de l’aval du cycle - la loi de 1991

3) les études structurales sur les verres de stockage

1) Gérer la situation passée

Lorsque les pays rejetaient leurs déchets à la mer…

Déchets militaires à Hanford (1960)

Déchets, Oak RidgeNational Laboratory

Contamination au Cs autour de Tchernobyl après l’accident

Zone d ’essais nucléaires - Nevada - USA

2) La gestion de l ’aval du cycle