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Nucléaire civil et militaire

Le nucléaire est à l'époque une technologie très récente : elle date de quelques années tout au plus, et n'est maîtrisée que par les Etats-Unis et l'URSS. En effet, le développement de cette technologie via le projet Manhattan a permis aux Américains de mettre fin à la guerre contre le Japon. C'est donc une technologie de pointe, soumise au secret le plus total, et elle n'est développée qu'à des fin militaires.

La base de la maîtrise du nucléaire repose sur la connaissance depuis peu de temps du fonctionnement de la matière, et de sa structure. L'hypothèse de l'existence des atomes existe depuis longtemps (elle a été introduite dans l'Antiquité) mais n'a véritablement été démontrée qu'en 1913 par Jean Perrin. Ce dernier a en effet prouvé à une communauté scientifique réticente l'existence des atomes, par 13 méthodes différentes dont l'une est basée sur la mesure du coefficient de diffusion d'une molécule, et qui a permis de remonter jusqu'au nombre d'Avogadro (c'est le nombre d'atomes de carbone que contient 12g de carbone), ce nombre ayant été défini comme hypothèse par Avogadro et fondant ainsi toute la théorie de l'atome (le livre qui décrit toues ces expériences s'intitule Les Atomes, par Jean Perrin). La suite de ces découvertes est celle du noyau, par Rutherford, en 1908 (avant la confirmation de l'existence de l'atome, car Rutherford était déjà convaincu de l'existence des atomes). Cette expérience se base sur la déviation d'un faisceau de particules alpha à travers une feuille d'or, déviation observée ensuite par l'intermédiaire d'une plaque scintillante.
Le mot « nucléaire » vient de cette découverte : il caractérise tout ce qui se rapporte au noyau. Mais ces deux découvertes à elles seules n'ont pas été suffisantes pour pouvoir élaborer l'idée d'une réaction en chaîne entraînant une explosion nucléaire. La découverte suivante est due à James Chadwick en 1932 qui en recoupant différentes hypothèses élabore l'idée d'une particule supplémentaire présente dans les noyaux, neutre d'un point de vue électromagnétique. C'est à partir de là que Einstein pense à la possibilité d'initier une réaction en chaîne, qui « casserait » des noyaux, libérant de l'énergie du fait de l'énergie de masse, qui transformerait un « gros » noyau en deux noyaux plus petits avec un dégagement d'énergie sous forme de chaleur.

Cette idée est la base du concept de fission nucléaire : scinder un noyau pour en obtenir deux plus petits, avec à case du défaut de masse de la matière un dégagement d'énergie. C'est cette idée qui a mené au projet Manhattan, dirigé par Oppenheimer : le but était de créer une bombe permettant de mettre en oeuvre une réaction en chaîne de fission nucléaire, de façon à dégager une grande quantité d'énergie. En outre, pour des questions d'isotope de l'Uranium, il a été nécessaire de développer des techniques permettant de séparer dans une masse d'Uranium naturel l'isotope 235, utile pour la fission, de l'isotope 238, pour enrichir l'Uranium, afin de pouvoir lancer une réaction en chaîne (il faut retirer une partie de l'Uranium 238 car il n'est pas fissile, contrairement au 235). La technique de base utilisée à ce moment a été le cyclotron, qui permettait de séparer les noyaux par différence de masse. Cette technique a ensuite été largement utilisée pour construire des armes nucléaires « en série » puisqu'il a toujours fallu séparer les isotopes de l'Uranium.
À partir de l'élaboration de ces techniques, la fabrication d'une bombe nucléaire a pu être envisagée. Le principe est relativement simple : il s'agit de faire fissionner de l'Uranium pour dégager de l'énergie, essentiellement sous forme de chaleur. Pour ce faire, le procédé qui a été utilisé au départ est une bombe dite en « tube canon » : on place au fond d'un tube fermé la moitié de la masse critique nécessaire pour initier la réaction en chaîne, et à l'autre extrémité du tube on place l'autre moitié de la masse mais de façon à ce qu'elle puis être projeté violemment contre la masse fixée. Le choc entre les masses libère quelques neutrons parmi les noyaux d'Uranium, car ces noyaux sont instables, ce qui provoque la réaction en chaîne. C'est une bombe de ce type qui a été expérimentée à Hiroshima.

Ainsi, à la fin des années 1940, seul l'URSS et les Etats-Unis étaient en mesure d'exploiter les technologies basées sur les connaissances de la matière et de sa structure interne. Les seuls objets issus de ces technologies étaient les bombes nucléaires.
Durant les années 1950, la bombe et le contrôle de l'énergie nucléaire se sont développés en France, au Royaume-Uni et en Chine, tandis que l'Uranium dans les bombes était progressivement remplacé par du Plutonium, qui permettait un dégagement d'énergie plus important pour une masse de matière fissile (la masse critique du Plutonium est d'environ 7,2 kg). Parallèlement, de nombreux essais nucléaires d'explosion de bombes ont été réalisés durant cette période, afin d'évaluer et d'optimiser l'utilisation à des fins de destruction de ces armes.

La fin des années 1950 marque le début de l'expansion du nucléaire dans le domaine civil, à savoir la production d'énergie. En effet, les forces armées soviétiques et américaines ont acquis une maîtrise suffisante de ces armes de destruction massive, et ont commencé à développer dans le civil des applications de cette technologie.
D'autre part, le fait de séparer l'Uranium requérait une grande quantité d'énergie. Les scientifiques se sont ainsi rapidement aperçus qu'il fallait trouver une source d'énergie (électrique) qui permettait de séparer les isotopes. Pour ce faire, Fermi a élaboré une pile à base de graphite et d'Uranium, certes peu efficace comparée à nos centrales nucléaires actuelles et surtout qui fonctionnait sur la radioactivité pure et non la fission nucléaire. Cette pile est ce qu'on peut appeler l'ancêtre des réacteurs nucléaires, mais c'était une technologie purement militaire et utilisée uniquement à des fins militaires.
Néanmoins, petit à petit, Etats-Unis et URSS commencent à contrôler la fission nucléaire, en particulier en ralentissant les neutrons qui sont dégagés à chaque fission de noyau, et en 1959 est construite la première centrale nucléaire. Ce développement est le lancement de l'ère du nucléaire dans le domaine civil, basé sur la production d'énergie. Tout ce qui touche de près ou de loin à l'utilisation de l'énergie nucléaire est très contrôlée, pour cause de guerre froide, et les développements ne sont pas encore très sensibles pour la population.
Cependant, celle-ci était essentiellement destinée à un usage expérimental et à des fins militaires. Le principe de ces centrales est simple : il s'agit de faire passer une eau vaporisée grâce à une réaction en chaîne contrôlée qui dégage de l'énergie pour transformer de l'eau sous forme liquide en vapeur, cette vapeur servant à réchauffer un circuit d'eau secondaire qui va entraîner des turbines puis un alternateur. Leur puissance a évolué au fil des années, du fait de l'augmentation des procédures et systèmes de sécurité qui ont permis de limiter de plus en plus les risques. Par exemple, en France, les premier réacteurs avaient une puissance nominale de 800 MW alors que les réacteurs dit de génération 2, qui sont en place depuis les années 1980-1990 ont une puissance nominale de 1450MW.

Ensuite, l'évolution militaire se fait sous la forme d'un changement de réaction nucléaire. En effet, on assiste au développement progressif de la bombe thermonucléaire, qui utilise le principe de la fusion : il s'agit de transformer deux noyaux légers, typiquement de l'hydrogène ou un de ses isotopes comme le deutérium ou le tritium, en un noyau plus lourd. Cette réaction libère également une grande quantité d'énergie, davantage encore que la fission. La seule limite à l'exploitation de ce phénomène est le fait qu'il faille une très grande quantité d'énergie sous forme de chaleur pour initier le processus de fusion et la réaction en chaîne. Une bombe thermonucléaire est une bombe à fusion qui utilise une bombe à fission comme détonateur. Pour donner un autre exemple plus concret, le Soleil fonctionne sur le principe de la fusion, et sa chaleur est due à des réactions de fusion qui ont lieu en permanence et qui entretiennent la réaction en chaîne.
Le point culminant de la puissance nucléaire militaire brute est obtenu en 1961, avec le test de « Tsar Bomba » en URSS, la plus puissante arme jamais construite par l’homme, dangereuse à 900km…