Produire de l’énergie à partir de la fission

[Filières de réacteurs, Réacteurs à eau préssurisée (REP), Surgénérateurs à neutrons rapides, Propulsion nucléaire navale, Contrôle des réacteurs, Sûreté des réacteurs]

Le premier réacteur nucléaire fut construit durant la seconde guerre mondiale sous les gradins du stade de l'université de Chicago. Cette pile atomique, comme on l'appelait alors, fut conçue par une équipe de physiciens dirigée par Enrico Fermi. Elle utilisait de l'uranium naturel et des briques de graphite comme modérateur. La pile divergea (des réactions en chaîne se produisirent) le 2 décembre 1942. Ensuite, plusieurs réacteurs furent construits dans la zone désertique de Hanford dans l’Etat de Washington, en vue de produire le plutonium des premières bombes atomiques.

On dénombrait dans le monde, en 2004, 439 réacteurs en activité, lointains héritiers de la pile d'Enrico Fermi et des réacteurs de Hanford. Trente-six étaient en construction. Ces réacteurs fournissent aujourd'hui 17 % de l'électricité mondiale, soit une puissance de 350 GW. La puissance électrique d'un réacteur est de l'ordre de 1 GW. La part du nucléaire varie beaucoup d'un pays à l'autre. En Europe, c'est en France que cette part est de loin la plus importante (75 %), suivie de la Belgique. Elle est de 35 % en Angleterre, de 33 % en Allemagne et de 0 % en Italie. Hors d'Europe, elle est faible aux Etats-Unis riches en ressources fossiles, mais importante au Japon (33 %) qui en est dépourvu. Les pays qui s'appuient actuellement le plus sur le nucléaire pour leur développement sont la Corée et la Chine.

La production d'énergie est assurée par des réacteurs dits conventionnels, qui utilisent comme combustible l'uranium naturel ou enrichi à 3-4 % en uranium-235 fissile. Les réacteurs à l'uranium enrichi sont de loin les plus répandus. Les réacteurs les plus anciens à l'uranium naturel utilisaient de l'eau lourde ou du graphite pour ralentir les neutrons. Avec du combustible enrichi à 3-4 %, on peut employer de l’eau ordinaire pour ralentir les neutrons et évacuer la chaleur.

Deux types de réacteurs fonctionnent avec un tel combustible : les réacteurs à eau bouillante et les réacteurs à eau pressurisée. En Europe, 80 % des réacteurs sont du type à eau pressurisée PWR (Pressurized Water Reactor, ou REP en français. Le retraitement des déchets nucléaires permet depuis quelques années d’introduire du plutonium dans le combustible et de recycler cet élément pour produire de l’énergie.

Actuellement, seuls quelques réacteurs de recherche utilisent des neutrons rapides. SuperPhénix, le seul réacteur ayant atteint le seuil industriel, était français, mais il fut arrêté en 1997.