L’énergie nucléaire est une énergie libérée en grande quantité lors de réactions qui affectent le noyau de l’atome. Elle peut être obtenue et libérée grâce à un processus appelé fission nucléaire, qui se déroule sous un contrôle strict dans les réacteurs nucléaires. Elle est également produite par la fusion nucléaire, qui se produit à l’intérieur du Soleil. L’énergie nucléaire présente un aspect positif lorsqu’elle est utilisée à des fins pacifiques, notamment pour produire de l’électricité dans les centrales, mais elle possède aussi un aspect négatif lorsqu’elle est utilisée à des fins militaires comme arme de destruction massive, comme ce fut le cas lors des bombardements atomiques d’Hiroshima et de Nagasaki pendant la Seconde Guerre mondiale. La catastrophe du réacteur nucléaire de Tchernobyl, survenue en Union soviétique au milieu des années 1980, constitue un autre exemple de ses dangers.

La fission nucléaire

L’énergie nucléaire est libérée grâce à un processus appelé fission nucléaire, qui se déroule à l’intérieur des réacteurs nucléaires. Un réacteur est une installation composée d’un ensemble de machines permettant de contrôler la fission. Son combustible est constitué de composés d’uranium dont les atomes sont amenés à se diviser. Lorsqu’un atome se scinde, il libère de petites particules appelées produits de fission, qui peuvent provoquer la division d’autres atomes d’uranium. Cela déclenche une réaction en chaîne qui produit de la chaleur.

Cette chaleur sert à réchauffer le fluide de refroidissement du réacteur, généralement de l’eau, un métal liquide ou un sel fondu. Le chauffage produit de grandes quantités de vapeur d’eau à haute pression et à haute température. Cette vapeur fait tourner des turbines, des machines semblables à des roues, qui entraînent des générateurs ou des moteurs produisant de l’électricité.

La fusion nucléaire

Lors de la fusion nucléaire, des atomes d’hydrogène s’unissent pour former de l’hélium, libérant une quantité considérable d’énergie thermique. Ces réactions se produisent naturellement à l’intérieur du Soleil. La fusion nucléaire est donc l’un des processus qui rendent la vie sur Terre possible.

À l’heure actuelle, les centrales nucléaires ne sont pas en mesure de produire de l’énergie par fusion nucléaire de manière sûre et fiable à l’échelle commerciale. Il n’est pas non plus certain que la fusion devienne un jour une solution pratique pour produire de l’électricité. Toutefois, les ingénieurs nucléaires poursuivent leurs recherches et leurs expériences afin de maîtriser les réactions de fusion, car cette technologie pourrait potentiellement être sûre et rentable.

L’uranium

L’uranium est le combustible le plus utilisé pour produire de l’énergie nucléaire, car ses atomes peuvent être relativement facilement divisés. C’est un élément courant dans la nature, présent dans les roches du monde entier. Cependant, le type particulier d’uranium utilisé pour produire cette énergie, appelé U-235, est très rare : il représente moins de 1 % de l’uranium présent dans le monde.

Bien que les États-Unis utilisent de l’uranium extrait sur leur territoire, ils dépendent fortement des importations en provenance d’Australie, du Canada, du Kazakhstan, de la Russie et de l’Ouzbékistan. L’uranium est extrait avec d’autres minerais et doit être traité avant de pouvoir être utilisé.

Puisque l’uranium peut servir de combustible nucléaire pour fabriquer des armes de destruction massive, le commerce et l’utilisation de l’uranium et du plutonium, un autre combustible nucléaire, sont soumis à des garanties et à des accords internationaux. Le Traité sur la non-prolifération des armes nucléaires (TNP) encourage l’utilisation pacifique de la technologie nucléaire tout en cherchant à empêcher la propagation des armes nucléaires.

Un réacteur nucléaire classique consomme généralement environ 200 tonnes d’uranium par an. Certains procédés complexes permettent de retraiter ou de recycler l’uranium et le plutonium afin de les réutiliser, ce qui réduit la dépendance à l’égard des matières nouvellement extraites ainsi que les coûts d’extraction, de traitement et de transport.

L’énergie nucléaire et la société

L’énergie nucléaire produit de l’électricité qui peut alimenter les maisons, les écoles, les entreprises, les hôpitaux et les usines. Le premier réacteur nucléaire conçu pour produire de l’électricité a été construit près d’Arco, dans l’Idaho, aux États-Unis, et a commencé à fonctionner comme réacteur expérimental en 1951. La première centrale nucléaire de Russie a été construite à Obninsk en 1954.

La construction de réacteurs nucléaires exige des technologies avancées. Comme les matières nucléaires peuvent également servir à fabriquer des armes, leur production, leur commerce et leur utilisation sont soumis à des contrôles et à des accords internationaux. Pour ces raisons, la plupart des centrales nucléaires se trouvent dans les pays développés.

L’énergie nucléaire est souvent considérée comme une source d’électricité propre, car les centrales nucléaires ne rejettent pas directement de gaz à effet de serre pendant la production d’électricité, contrairement aux centrales fonctionnant aux combustibles fossiles. Elles peuvent être construites en milieu urbain ou rural et leurs émissions habituelles de polluants atmosphériques sont faibles ; elles ne provoquent donc pas nécessairement de changements majeurs dans leur environnement immédiat.

Dans une centrale nucléaire, la vapeur qui fait fonctionner les turbines et les générateurs est condensée dans une structure distincte appelée tour de refroidissement ou condenseur. La vapeur redevient de l’eau et peut être réutilisée pour produire davantage d’électricité. L’excédent de vapeur peut être libéré dans l’atmosphère et se compose principalement de vapeur d’eau.

Cependant, l’énergie nucléaire produit également des matières radioactives. Celles-ci contiennent des noyaux atomiques instables susceptibles d’affecter les organismes vivants et l’environnement. Une exposition à des niveaux élevés de rayonnement peut entraîner de graves dommages, notamment des brûlures et une augmentation du risque de cancer, de maladies du sang et de lésions osseuses.

Les déchets radioactifs

Les réacteurs nucléaires produisent également des déchets radioactifs, qui comprennent les matières résiduelles issues de leur fonctionnement. Il peut s’agir de vêtements de protection portés par les travailleurs, d’outils et d’autres matériaux ayant été en contact avec des substances radioactives.

Certains déchets radioactifs restent dangereux pendant des milliers d’années. Les gouvernements mettent donc en place des plans de gestion et d’élimination de ces matières afin d’éviter la contamination de l’environnement.

Le combustible nucléaire usé et les barres de contrôle hautement radioactives sont conservés dans des installations spécialement conçues à cet effet, notamment dans des bassins remplis d’eau ressemblant à de grandes piscines. Certaines centrales nucléaires stockent également le combustible usé dans des conteneurs de stockage à sec installés au-dessus du sol.