L’énergie nucléaire, une source d’énergie propre et fiable, alimente quotidiennement des millions de foyers américains. Généré par la fission nucléaire, ce processus sans émission consiste à diviser les atomes d’uranium pour produire de la chaleur et entretenir la réaction. La recherche nucléaire moderne se concentre sur l’amélioration de la conception des réacteurs et de l’efficacité énergétique afin de répondre de manière durable aux besoins énergétiques mondiaux.
Qu’est-ce que l’énergie nucléaire ?
L’énergie nucléaire est la source d’énergie propre la plus importante et la plus fiable au monde et fournit chaque jour de l’électricité aux foyers de dizaines de millions de personnes en Amérique. Pour lutter contre le changement climatique, le monde aura besoin de nouveaux et meilleurs moyens d’exploiter cette source d’énergie, produite par des réacteurs nucléaires selon un processus qui ne génère aucun gaz à effet de serre. Mais comment les réacteurs nucléaires peuvent-ils produire autant d’énergie sans émissions ? — Tout commence par la chaleur.
Roger Blomquist, ingénieur nucléaire principal à la Division de génie nucléaire, décompose l'énergie nucléaire, la source d'énergie propre la plus importante et la plus fiable au monde. Des dizaines de millions d’Américains dépendent chaque jour de l’énergie nucléaire pour produire l’électricité nécessaire à leur foyer. Le processus de conversion de l'énergie nucléaire en électricité commence dans un réacteur nucléaire. Dans un réacteur, les atomes d’un élément appelé uranium se divisent, créant de la chaleur. Cette chaleur est utilisée pour générer de la vapeur, qui est ensuite utilisée pour faire tourner une éolienne, qui à son tour produit de l'électricité. Comparé à la combustion de combustibles, le processus de production d’énergie nucléaire ne libère pas de dioxyde de carbone, de suie ou d’autres produits chimiques nocifs, ce qui en fait une source d’énergie à zéro émission.
La chaleur est libérée dans un réacteur nucléaire lorsque les atomes se divisent, un processus appelé fission. Les atomes, éléments constitutifs de la matière, sont constitués de trois particules : des neutrons et des protons qui sont liés ensemble, formant ce qu'on appelle le noyau de la matière. atomeet les électrons, qui sont des particules chargées négativement qui gravitent autour du noyau.
Les réacteurs nucléaires divisent les atomes d'uranium, un élément légèrement radioactif, pour former de la chaleur. Ce processus libère de la chaleur et des neutrons. Certains de ces neutrons entrent en collision avec d’autres atomes d’uranium, provoquant leur fission, ce qui maintient la réaction nucléaire.
Ces séries de réactions de fission se déroulent toutes à l’intérieur d’une partie du réacteur nucléaire connue sous le nom de barre de combustible, un long tube cylindrique soudé qui contient l’uranium. Un assemblage combustible décrit un faisceau emballé de 100 à 200 de ces crayons. L’ensemble du cœur du réacteur est constitué de centaines d’assemblages combustibles regroupés dans un grand cylindre, de sorte qu’il y a généralement des dizaines de milliers de barres de combustible dans un cœur de réacteur.
Crédit : Laboratoire National d'Argonne
Dans une centrale nucléaire typique, l’eau s’écoule sur les barres de combustible dans le cœur du réacteur pour le refroidir. Cette chaleur élève la température de l’eau, la transformant en vapeur. Cette vapeur est envoyée vers une turbine reliée à un générateur. La pression de la vapeur fait tourner la turbine, un peu comme un moulin à vent. Le générateur, comme tous les autres générateurs d’électricité, utilise le mouvement mécanique de la turbine pour produire de l’électricité. Enfin, après avoir traversé la turbine, la vapeur est refroidie et reconvertie en eau afin de pouvoir être réutilisée. Contrairement à la combustion de combustibles fossiles, la fission ne libère pas de dioxyde de carbone, de suie ou d’autres produits chimiques nocifs, c’est pourquoi il s’agit d’une source d’énergie à zéro émission.
Alors que les deux types les plus courants sont le réacteur à eau sous pression (REP) et le réacteur à eau bouillante (REB), de nouvelles conceptions de réacteurs nucléaires ont été développées. Le développement des réacteurs nucléaires se poursuit aujourd'hui parce que ces technologies de réacteurs avancées et plus récentes peuvent aider à répondre à la demande énergétique mondiale croissante sans contribuer au réchauffement climatique. À l'avant-garde du progrès de l'énergie nucléaire se trouvent des laboratoires comme le Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE).
Avec le soutien du DOE, les scientifiques d'Argonne étudient de nouvelles conceptions de réacteurs et technologies de recyclage du combustible susceptibles d'améliorer la sécurité, de rendre les opérations des centrales nucléaires plus efficaces, de réduire la quantité de déchets nucléaires et de réduire les délais et les coûts de construction. Leurs travaux s'appuient sur le long héritage de la recherche nucléaire à partir duquel le laboratoire a été fondé. Depuis les années 1940, l’Argonne a ouvert la voie au développement des utilisations pacifiques de l’énergie nucléaire. Si la recherche, la conception et les expériences d'Argonne constituent la base de tous les réacteurs nucléaires commerciaux utilisés aujourd'hui, ses chercheurs sont également à l'avant-garde des nouvelles avancées pour la prochaine génération de réacteurs.
Crédit : Laboratoire National d'Argonne
Qu’est-ce que l’énergie nucléaire ?
Une source d’énergie fiable et propre qui peut jouer un rôle essentiel dans la décarbonisation de l’économie américaine.
L'uranium dans un réacteur nucléaire produit de la chaleur lorsqu'il se divise, ou fissions, ce qui se produit lorsqu'un fragile noyau atomique d'uranium-235 (U-235) est heurté par un neutron. Dans le même temps, la fission produit plusieurs neutrons qui peuvent provoquer encore plus de fissions, fournissant ainsi un apport de chaleur régulier et stable qui est utilisé pour produire de l’électricité. D’énormes quantités de chaleur – et, par conséquent, d’électricité – sont produites en utilisant des quantités infimes de combustible.
