Fission : l’énergie nucléaire historique

Une découverte atomique 

Il faut se pencher à l’échelle de l’atome pour observer le phénomène de fission. Lorsqu’un noyau atomique lourd, comme celui de l’uranium ou du plutonium, est percuté par un neutron, il se produit une réaction nucléaire : le noyau de l’atome se divise en deux noyaux plus petits, en dégageant une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur. Dans la manœuvre, deux ou trois neutrons sont libérés, qui à leur tour peuvent casser d’autres atomes, provoquant une réaction en chaîne. 

E = mc², ça vous parle ? Durant la fission, la masse (de l’atome) est convertie en énergie (chaleur). C’est ce que décrit la célèbre équation d’Albert Einstein. 

Le développement du parc nucléaire civil mondial

Si le phénomène de fission est décrit par les chimistes et physiciens dès les années 1930, il faudra plusieurs décennies de découvertes et d’expérimentations pour parvenir à maîtriser cette réaction et transformer la chaleur générée en énergie utile. Cette énergie nucléaire est d’abord destinée à la propulsion des sous-marins et des porte-avions, mais elle va rapidement gagner la sphère civile. La première centrale nucléaire commerciale connectée à un réseau électrique national voit le jour en Angleterre, en 1956. C’est à partir des années 1970 que ce développement prend véritablement son essor. 

États-Unis, Russie, France, Japon, Chine… De moins de 1 GW en 1960, la capacité nucléaire mondiale passe à 100 GW à la fin des années 1970, et atteint 300 GW à la fin des années 1980, avant de ralentir sa croissance. 

L’enceinte de confinement d’un réacteur est une barrière de protection essentielle, conçue pour éviter la dispersion des matières radioactives en cas d’accident. Pour résister à la pression d’un incendie ou d’une explosion, ses parois de bétons armé sont massivement renforcées par des câbles de précontrainte. Héritière de l’invention de la précontrainte par Eugène Freyssinet, breveté en 1928, la filiale éponyme de VINCI Construction a participé à la construction de 150 réacteurs nucléaires EPR dans le monde et réalisé les enceintes de confinement de 58 réacteurs en France. 

Comment fonctionne une centrale nucléaire à fission ?  

Au sein du réacteur, tout l’enjeu réside dans la maîtrise de la réaction en chaîne. Pour contrôler le rythme des fissions (d’atomes d’uranium essentiellement), on peut jouer sur la concentration du combustible et la taille du réacteur. On peut aussi ralentir les neutrons au moyen d’un élément modérateur. L’eau ordinaire, dite « eau légère » remplit très bien ce rôle. On peut enfin absorber des neutrons au moyen de barres de contrôle plongées plus ou moins profondément dans le cœur du réacteur. La chaleur générée par la réaction transforme de l'eau en vapeur et met en mouvement une turbine reliée à un alternateur, qui produit de l'électricité. En modulant l’intensité de la réaction, on contrôle la marche du réacteur avec précision. Il est donc possible d’adapter la quantité d’énergie produite à la demande. 

Entretenir le parc nucléaire civil mondial 

La sécurité et le prolongement de la vie des de ces parcs nucléaires, pour beaucoup réalisés dans les années 80-90, est au cœur des enjeux de maintenance.  

La maintenance d’une centrale nucléaire 

Le fonctionnement d’une centrale nucléaire est complexe et les opérations de maintenance nombreuses - qu’il s’agisse de maintenance préventive, corrective ou de rentrer en conformité avec les normes établies suite à l’accident nucléaire de Fukushima (Japon) en 2011. Des milliers de collaborateurs de VINCI Energies et VINCI Construction œuvrent au quotidien à l’entretien, à la maintenance et à la prolongation de la durée de vie des centrales et installations nucléaires en France et dans le monde. Pour accompagner l’ambition nucléaire française et mondiale, VINCI Energies comme VINCI Construction ont d’ailleurs lancé une démarche visant à obtenir la très exigeante certification ISO 19443 spécifique au nucléaire. Dans ce cadre, VINCI Energies a lancé en 2021, un plan baptisé Avenir qui vise à inscrire ses processus, mais aussi ceux de ses parties prenantes, dans une dynamique systématique d’amélioration continue.

Le démantèlement d’une centrale nucléaire 

Quelle que soit la raison de l’arrêt définitif des opérations d’une centrale nucléaire, son démantèlement fait face à trois enjeux majeurs : 

• l’évacuation des substances et déchets dangereux ; 
• la décontamination et le démontage des équipements ; 
• l’assainissement des locaux voire la déconstruction des bâtiments. 

Les projets de démantèlement représentent des travaux de plusieurs années surveillés par des examens de sureté à chaque étape des opérations. 

Le nucléaire, un outil de lutte contre le dérèglement climatique ?  

L’énergie nucléaire de fission offre le grand avantage d’être disponible et pilotable. C’est aussi une énergie peu émettrice de gaz à effet de serre. Ses principaux défis résident dans la sécurité et la gestion des déchets. Avec ses solides atouts et face à l’urgence du dérèglement climatique, elle est intégrée aux scénarios envisagés pour atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050. L’accroissement de sa part dans le mix énergétique mondial soulève à long terme des questions d’approvisionnement en uranium, mais de nouvelles propositions émergent pour recycler et valoriser les combustibles usés. En matière de recherche et d’innovation, la fission n’a pas dit son dernier mot. 

Sources :  

International Atomic Energy Agency : www.iaea.org/  

EDF : www.edf.fr  

RTE : www.rte-france.com 

Pour la Science n°121 - Décembre 2023