Fission nucléaire
Division d’un noyau lourd, comme l’uranium 235 ou le plutonium 239, en noyaux plus légers après absorption d’un neutron, avec libération d’environ 200 MeV d’énergie et de nouveaux neutrons.
Quand un noyau d’U-235 absorbe un neutron lent (thermique), il devient instable et se scinde, en général en deux fragments comme le baryum et le krypton, en émettant 2 ou 3 neutrons rapides. Chaque fission libère environ 200 MeV, dont plus de 80 % sous forme d’énergie cinétique des fragments, qui chauffe le combustible.
Une réaction en chaîne entretenue exige un facteur de multiplication effectif k égal à 1. Dans les réacteurs à eau légère, un modérateur (l’eau) ralentit les neutrons pour augmenter la probabilité de fission ; les barres de commande (bore, cadmium, hafnium) et le bore dissous absorbent des neutrons pour régler la puissance. Le pilotage du réacteur est possible parce qu’environ 0,65 % des neutrons de fission de l’U-235 sont retardés de quelques secondes, émis par la désintégration des fragments.
Les réacteurs de puissance utilisent de l’uranium faiblement enrichi (voir enrichissement de l’uranium). L’U-238, fertile, capture aussi des neutrons pour former du Pu-239, qui fournit environ un tiers de l’énergie en fin de cycle. Les réacteurs à neutrons rapides, sans modérateur, peuvent produire plus de combustible qu’ils n’en consomment.
Environ 415 à 440 réacteurs totalisant quelque 375 à 400 GW étaient en service en 2025 ; ils ont produit environ 2 800 TWh, près de 9 % de l’électricité mondiale, avec des émissions sur le cycle de vie d’environ 5 à 12 g CO2e/kWh (CEE-ONU 2021).
Termes associés
Tous les termes →- Enrichissement de l’uranium
Procédé qui augmente la part d’U-235 fissile dans l’uranium au-delà de sa teneur naturelle de 0,711 %, pour fabriquer du combustible de réacteur ou, à des niveaux très élevés, des matières de qualité militaire.
- Réacteur à eau pressurisée (REP, PWR)
Type de réacteur nucléaire le plus répandu, dans lequel de l’eau sous forte pression refroidit le cœur sans bouillir et transmet sa chaleur à un circuit vapeur séparé.
- Réacteur à eau bouillante (REB, BWR)
Réacteur nucléaire à eau légère dans lequel le caloporteur bout dans le cœur ; la vapeur produite entraîne directement la turbine, sans générateurs de vapeur.
- Taux de combustion (burnup)
Énergie thermique tirée du combustible nucléaire par unité de masse de métal lourd initial, exprimée le plus souvent en gigawatts-jours par tonne (GWj/tML).
- Fusion nucléaire
Réunion de noyaux légers, comme le deutérium et le tritium, en un noyau plus lourd, avec libération d’énergie ; c’est le processus qui alimente le Soleil et une voie expérimentale de production d’électricité.
- Combustible nucléaire usé
Assemblages de combustible retirés d’un réacteur après usage, très radioactifs et thermiquement chauds, qui contiennent de l’uranium, du plutonium, des produits de fission et des actinides mineurs.