Tous les réacteurs nucléaires ne sont pas identiques et il existe plusieurs filières.
          Le combustible est toujours de l'uranium 238, enrichi à environ 5 à 6% d'uranium 235 fissile, En France le combustible MOX contient en outre  du plutonium qui participe à la fission et qui au cours de l'irradiation est régénéré car une petite partie de l'uranium 238 se transforme en plutonium. Mais cela ne change pas le phénomène de fission au plan des principes.

          Par contre les filières de réacteurs diffèrent par le fait qu'elles n'utilisent pas le mêmeralentisseur de neutrons (que l’on appelle “modérateur” ) et le même fluide caloporteur qui va emmener la chaleur pour en faire de la vapeur et faire tourner des turbines accouplées à des alternateurs de production d’électricité.
          On peut ramener ces filières à trois types

                    - celui où le modérateur est du graphite et le fluide caloporteur de l’eau bouillante. Environ 3,5% des réacteurs, les réacteurs russes notamment.
          Ces réacteurs sont moins stables et plus difficiles à contrôler et la filière a été abandonnée.
Les réacteurs russes de Tchernobyl étaient de vieux réacteurs de cette filière et leur instabilité est en partie responsable de l'accident. J'en reparlerai.
                                                          
                    - celui où le modérateur et le caloporteur sont de l’eau bouillante.
          C’est la filière américaine et environ 23 % des réacteurs dont les réacteurs japonais.
          L’inconvénient est que l’eau bouillante de transport de la chaleur mais aussi de refroidissement du réacteur, sort de la cuve où est enfermé le coeur, pour aller dans les turbines, ce qui crée des risques de fuite, comme on l’a constaté au Japon et fait passer de l’eau éventuellement contaminée dans les turbines et leur circuit.

                    - celui où le modérateur est de l’eau sous pression et le caloporteur de l’eau.          
          C’est la filière française et 67% environ des réacteurs. Il y a un circuit dans la cuve avec un échangeur de température étanche qui transforme l’eau du circuit secondaire en vapeur, qui alimentera les turbines. Les risques de contamination et de fuite sont bien moindres.
          La filière française est donc plus sûre au plan des principes de fonctionnement.

          Par ailleurs, alors que les réacteurs russes, bien que peu sûrs, n’avaient pas d’enceinte étanche, les réacteurs japonais une enceinte mais non prévue pour résister à une explosion due à l’hydrogène qui peut se dégager en cas d’assèchement de la cuve, les réacteurs américains et français ont une enceinte solide, qui lors de l’accident, aux Etats-Unis de Three Miles Island au début de l’exploitation des réacteurs, a permis d’éviter toute fuite extérieure importante.
          Dans les nouveaux réacteurs type EPR en construction, il y a même une enceinte supplémentaire donc 2 enceintes superposées.

         Pour faciliter la compréhension de futurs articles sur Fukushima, je vais vous décrire les différences entre un réacteur français et un réacteur japonais :

          Dans les réacteurs français, le coeur est  enfermé dans une enceinte étanche extrêmement solide dans laquelle il y a de l’eau sous pression qui circule ensuite dans un échangeur qui est le générateur de vapeur, à partir d’eau non pressurisée, mais qui ne touche jamais le coeur radioactif.
          Le tout est mis dans une deuxième enceinte de confinement très solide. Dans le nouveau réacteur ERP, il y a même une troisième enceinte de confinement.
          La vapeur issue du générateur est envoyée sur les turbines, et est ensuite refroidie par un troisième circuit d’eau et l’eau condensée est envoyée sur le générateur de vapeur.
          Dans ce système, l’eau de refroidissement du coeur est en circuit fermé et ne sort pas de l’enceinte de confinement et si une contamination accidentelle se produisait lors d’une rupture d’une gaine de combustible, seul ce circuit serait pollué et peut être décontaminé.

          Dans les réacteurs japonais, le coeur est aussi enfermé dans une enceinte étanche, mais le fluide est de l’eau bouillante et donc au sommet de l’enceinte du cœur, de la vapeur est produite et va faire tourner les turbines, puis est refroidie par un condenseur qui la retransforme en eau. Il semble, d’après ce que j’ai pu comprendre que le refroidissement du condenseur était alimenté en eau de mer, la mer évitant d’avoir des tours de refroidissement.
          Par contre, si une contamination de l’eau se produit, celle ci contamine aussi le système de turbines et par ailleurs la vapeur  contaminée sort de l’enceinte étanche.de confinement.
          Au plan de la sécurité le système est déficient.
          Une deuxième enceinte de confinement est également présente : celle du bâtiment, mais elle n'était pas prévue pour résister à une explosion (ni à un tsunami).

          Après les énergies carbonées je parlerai du nucléaire, mais en intercalant mes articles avec d'autres sujets, car il y a beaucoup à dire : réacteurs nucléaires, danger d'irradiation et de contamination, l'irradiation et la contamination naturelles, les réacteurs nucléaires, le nucléaire dans le monde, Tchernobyl et Fukushima, le réacteur EPR , les réacteurs de 4ème génération, l'énergie de fusion et le réacteur ITER, les déchets, la sûreté et la protection.

          Je pense que c’est très difficile de ne pas avoir peur du nucléaire, car on manque totalement d’informations sur ses dangers et sur la compréhension des phénomènes.
         J’avoue ne pas comprendre qu’une nation comme la France qui est engagée fortement dans la production d’électricité nucléaire, n’ait pas mis au programme de SVT (et/ou de physique) des cours sur les rayonnements nucléaires, leurs effets, les réacteurs et des notions élémentaires de compréhension.
          On ne peux à mon avis, ne pas être effrayé et lutter contre un danger, que si l’on sait en quoi il consiste
          De plus les médias (et les écologistes), qui ne se sont que très rarement renseignés sur les sujets qu'ils abordent dans ce domaine, affirment avec aplomb des absurdités et des erreurs élémentaires de physique et de biologie.

         Les dangers du nucléaire et les craintes qu'ils suscitent, c'est essentiellement ceux des réacteurs nucléaires. Il n'est donc pas possible d'en parler, si on ne fait pas le point au préalable sur le fonctionnement de ces réacteurs, et sur les différences très importantes qui existent selon les divers types de réacteurs.
          Il y a en particulier une confusion importante dans l'esprit du public entre un réacteur nucléaire et une bombe atomique.

         Aujourd'hui je décrirai le fonctionnement d'un réacteur nucléaire. et j'expliquerai demain, les différences entre plusieurs types de réacteurs, notamment au plan de la sécurité.

         La plupart d’entre vous ont dû apprendre en classe que la fission nucléaire est obtenue en bombardant avec des neutrons de l’Uranium 235 ou du Plutonium 239, qui se cassent alors en deux atomes plus légers qui sont des “produits de fission”, en produisant beaucoup d’énergie et.des rayonnements nucléaires dont en particulier d'autrees neutrons, qui peuvent participer à ré-engendrer des fissions.           
         Dans une bombe atomique, la réaction est extrêmement violente et peut créer des dégâts considérables, mais cette “explosion” n’est possible qu’en utilisant de l’Uranium 235 presque pur (à plus de 95%) et en créant des configurations particulières, car l'explosion ne peut être amorcée qu'avec une énorme concentration d'atomes, qui ne peut être créée que par une compression par de l'explosif.
         Dans la nature il n’existe qu’un minerai d’uranium 238 ne comportant que 0,7 % d’uranium 235. L’uranium 238 n’est pas fissile et il faut donc l’enrichir sur des installations de centrifugeage, que ce soit pour une utilisation militaire ou pacifique.
         Dans un réacteur nucléaire, la réaction n’est pas explosive car le mélange utilisé contient en général de l’ordre de 5% seulement d’U 235
         Un réacteur nucléaire ne peut donc en aucun cas exploser comme une bombe atomique.

                  Comment fonctionne le “coeur du réacteur” où se produit la fission :
   
         Le mélange uranium 235, uranium 238 (et parfois Plutonium dans les combustibles dits “MOX”), est placé dans des gaînes sous forme de longues barres, qui sont disposées de façon régulière dans un support et l’ensemble est appelé “coeur” du réacteur et est placé dans une enceinte étanche très solide.
         Dans les réacteurs des générations actuelles de tous les pays, l’uranium 235 va subir la fission, s’il est soumis à des neutrons peu énergétiques dits “neutrons lents”, et il émet alors des neutrons très énergiques dits “rapides” , qui sont beaucoup moins aptes à provoquer de nouvelles fissions et des rayonnements gammas (c’est pour cela qu’on met du béton autour du coeur pour les absorber) et de l’énergie sous forme de chaleur.
        Pour que la réaction s’entretienne, il faut que l’on ralentisse les neutrons rapides produits en neutrons lents, pour qu’à chaque neutron lent absorbé par le phénomène de fission, on récupère  un neutron lent à partir des neutrons rapides émis. Si on récupère moins d’un neutron, la réaction s’éteint, si on en récupère plus d’un, elle s’emballe.
       Il faut donc d’une part ralentir les neutrons, d’autre part les absorber plus ou moins afin de conserver cet équilibre de un pour un.
         Le pilotage est très complexe, mais nous pouvons en avoir une image simplifiée d’un système de barres absorbant les neutrons, barres qui s’enfoncent plus ou moins entre les barreaux de combustible. (voir schéma).
         Si les barres sont totalement enfoncées (soit volontairement, soit qu’elles retombent par gravité en cas d’incident), la réaction nucléaire est totalement arrêtée faute de neutron

         Il faut enfin par ailleurs, récupérer la chaleur produite pour en faire de l’électricité
         Cette récupération est effectuée en faisant circuler autour du cœur un fluide caloporteur, qui emmène la chaleur plus loin vers des turbines (avec toutefois des échangeurs intermédiaires pour des rasisons de sécurité). Mais ce fluide intervient aussi dans le ralentissement et l'absorption des neutrons.

                  L’importance du refroidissement du coeur

         Quand le réacteur fonctionne, il produit beaucoup de chaleur et donc le circuit caloporteur le refroidit en produisant de l’électricité.
         Mais quand le réacteur est à l’arrêt, il faut aussi le refroidir, pourquoi?
         En effet il n’y a plus de réaction de fission productrice de chaleur.
         Mais au fur et à mesure que le réacteur produit de l’électricité, l’uranium 235 se transforme en produits de fission qui sont des éléments instables radioactifs, qui émettent des rayonnements gamma et surtout des rayonnements béta (électrons).
         Les rayonnements gamma sont absorbés par l’eau et le béton qui entourent le coeur du réacteur, mais les rayonnements béta, qui réagissent fortement avec les atomes des matériaux, sont absorbés par les gaînes en se transformant en rayonnement X et en chaleur.
         La quantité de chaleur dégagée par ces produits de fission dans les gaînes est très importante et peut au moment de l’arrêt, atteindre 5% de l’énergie thermique du réacteur en marche. Elle diminue ensuite avec la radioactivité, mais elle nécessite de refroidir le coeur du réacteur pendant une dizaine de jours après l’arrêt.
         Faute de ce refroidissement le coeur du réacteur risque de fondre et donc de libérer des produits de fission dans l’enceinte qui entoure le coeur et si celle ci n’était plus étanche dans l’enceinte de confinement.
   
                  L’entretien et le vieillissement du coeur :

         Donc l’uranium 235 se transforme peu à peu en produits de fissions (plus quelques autres éléments, mais qui ne changent pas le problème).
         La teneur en uranium fissile baisse donc et au bout d’une certaine période, la teneur est insuffisante pour un bon rendement du réacteur.
         En outre le phénomène dans le coeur est  plus complexe que ce que j’explique, et la consommation en combustible n’est pas homogène et donc certains barreaux se consomment plus vite que d’autres.    
          Il faut donc remplacer les barreaux de combustible usagés.Par ailleurs il faut pouvoir entretenir et réviser périodiquement les éléments autres que le coeur.

       On dispose donc dans l’enceinte au moins d’une “piscine”, cuve profonde remplie d’eau, dans laquelle on stocke provisoirement le coeur pendant une révision et pour quelques mois ou quelques années, les barreaux usagés en attendant que le taux de radioactivité ait décru et qu’on puisse les transporter, dans des châteaux de plomb, jusqu’à une usine de retraitement du combustible et de fabrication de nouveaux barreaux;
         Cette piscine de stockage doit être refroidie également car les rayonnement béta des produits de fission sont également absorbés par les gaînes des barreau et les échauffent fortement.

             Le danger de l’hydrogène :

         Les rayonnements nucléaires provoquent la radiolyse de l’eau en hydrogène et oxygène. Dans le réacteur en marche l’eau qui circule dissout les deux gaz qui se recombinent en eau.
         Dans un réacteur à l’arrêt, les rayonnement continuent de provenir des produits de fission présents dans les barres de combustibles et si la circulation d’eau n’existe plus l’hydrogène peut se retrouver dans l’atmosphère des enceintes de confinement et constituer un risque d’explosion.
        C'est un point important pris en compte dans les incidents possibles de réacteur, mais les mesures prises à Tchernobyl étaient insuffisante, d'où l'explosion du bâtiment réacteur.

         Vous avez maintenant quelques notions sur le fonctionnement en général d'un réacteur; demain j'examinerai diverses filières de réacteurs et les différences notamment au plan sécurité.

          J’avoue ne pas comprendre les hommes politiques du monde, qui ne pensent qu’à court terme, à se faire réélire ou à rester en place, et notamment la plupart des écologistes militants (il y a aussi parmi les écologistes des gens sérieux, mais on ne les entend pas), qui ont remplacé les études scientifiques par le principe de précaution. Ils me paraissent tous manquer de bon sens, comme beaucoup d'hommes politiques, qui n'écoutent que les médias, les propos erronés et alarmistes qu'elles lancent, les chiffres et statistiques inexacts, et une opinion publique apeurée vu le manque d'informations.
          Et quand on entend les propos tenus par M. Trump, on peut même parler de manque d'intelligence.

          La première chose qui est évidente, c’est que le réchauffement climatique est une réalité, même si les modèles mathématiques n’arrivent pas tout à fait aux mêmes chiffres et si on ne sait pas très bien quelles conséquences exactes cela aura en matière de climatologie pratique. Elles ne seront pas pour la plupart bénéfiques : réchauffement de la température, effets sur la faune et la flore, augmentation des espaces désertiques, fonte des glaces, élévation du niveau de la mer qui submergera certaines régions, augmentation de la température et de la salinité des mers,augmentation de la violence des tempêtes et pluies, etc...
         Il est également certain que les émissions de gaz à effet de serre et notamment de CO2, sont l’une des principales causes de ce réchauffement.
          Donc, si nous ne voulons pas compromettre l’avenir, il nous faut réduire de façon importante nos émissions de gaz carbonique CO2 et de méthane CH4.

          La deuxième chose évidente c’est que, même s’ll est utile de prêcher l’économie d’énergie, et s’il faut s’efforcer d’en faire, ce n’est pas cela qui sauvera la planète et la demande en énergie continuera à progresser, ne serait que du fait des grandes puissances émergentes comme la Chine et l’Inde
         Il suffit de voir les graphiques de mon précédent article sur la croissance de la demande en énergie, même et surtout en énergie carbonée (pétrole, charbon, gaz). 
Selon l’Agence Internationale de l’Energie, cette demande d’énergie primaire augmentera de l’ordre de 40% d’ici 2035.

      Alors on ne comprend pas les grandes puissances qui ne font pas grand chose pour réduire leurs rejets de CO2, voire qui les augmentent comme l’Allemagne, qui, pour des raisons de réélection de madame Merkel, remplace ses centrales nucléaires par des centrales à charbon, très polluantes, ou pire, M. Trump qui se dégage de tout effort de diminution d'émissions de gaz à effets de serre et qui veut développer la production et l'utilisation de pétrole et de charbon.
      Vous pouvez comparer ci-contre la répartition des moyens de production énergétique globale et de la production électrique mondiale, pour la France et pour les deux premiers pays mondiaux : USA et Chine.
      Par rapport à la production électrique, la consommation d’énergie totale, inclut les transports, le chauffage des locaux et la consommation industrielle non électrique.
      On est horrifié par la part des énergies carbonées : pétrole, charbon,  gaz, sauf en France grâce à la part hydraulique et surtout à l’effort nucléaire initié par le Général de Gaulle.
     Il faut toutefois souligner que, si les Etats Unis ne font plus aucun effort en faveur du climat, la Chine commence à prendre conscience du problème, développe de façon importante le nucléaire et l’hydraulique et commence à se lancer dans les énergies renouvelables, hors nucléaire.

      Devant ces problèmes essentiels et alarmants, on ne peut compter que sur des avancées importantes en matière de recherche et développement pour nous sortir d’affaire. Or les pays se semblent pas faire d’effort important, ni vouloir coopérer dans ce domaine. Dans mes prochains articles, j'aborderai peu à peu ces problèmes techniques.

      Dans le domaine des énergies carbonées, le gaz est moins polluant que le charbon (ou la lignite), pourtant on ne fait pas beaucoup d’efforts (et en France pas du tout alors qu’on importe tout notre gaz et que notre balance économique import/export est déficitaire), pour explorer et déterminer les richesses existantes, et trouver des méthodes d’exploitation des gaz de schistes plus sures (voir mes précédents articles sur ce sujet).
          On a vu sur le graphique en début d'article la part énorme en matière de'émission de CO2 que prenaient le charbon, le gaz et le pétrole.
         Dans le tableau ci-dessous on trouvera la répartition de la consommation d'énergie produite par du charbon (Monde = reste du monde) :

          Ces énergies ne sont évidemment pas "renouvelables" et les réserves naturelles sont limitées comme le montre le graphique ci-dessous :

          De plus la répartition des ressources dans le monde n'est pas homogène notamment pour le pétrole, ce qui est évidemment source de tensions et de conflits.
(premier graphique, production de pétrole, second graphique production de charbon.

          Dans les prochains articles je commencerai à parler de l'énergie nucléaire, car c'est le domaine où l'information est le plus absente et souvent complètement faussée, sciemment ou par méconnaissance. 

         Quand cet article paraîtra je serai sur la route de Bretagne. Arrêt à Renne pour déjeuner et arrivée mi après-midi à Saint Colomban près de Carnac.
         Déchargement de la voiture et visite rapide au supermarché de la ville pour acheter de quoi manger et quelques bricoles. Puis nettoyage de la maison qui n'a pas servi depuis l'été dernier, on remet l'eau et le chauffe eau en route.
          Dans les prochains jours, beaucoup de travail au jardin qui est devenu une vrai jungle. deux semaines au moins avant que tout soit remis en l'état.
          Puis quelques travaux dans la maison. Bref pas de quoi s'ennuyer.

          J'espère que je pourrai continuer les articles. En effet je n'ai pas cette année de ligne téléphonique que j'ouvrais pour deux mois, avec un abonnement à internet.
          Quand j'ai contacté Orange comme d'habitude, pour cet abonnement et emmener une livebox, on m'a dit que ce n'était plus possible parce que pas assez rentable, et qu'il fallait que je prenne un abonnement à l'année de 12 mois.
          A mon tour de leur dire que ce n'était pas rentable, en protestant que l'on ait aucun préavis et qu'Orange vous dise cela huit jours avant les vacances.
          Orange m'a alors dit que, si j'abandonnais mon abonnement télé, internet, téléphone à Numéricable, pour aller chez eux, ils feraient un effort et me donneraient une clé 4g et la possibilité d'un abonnement de 2 mois à internet. 
          Je leur ai dit que je n'appréciais pas le chantage et que donc je ne me fournirai plus chez.
         J'ai aussitôt appelé Numéricable pour leur expliquer l'affaire et ils m'ont tout de suite fourni une clé 4G qui devrait permettre de brancher mon mac et un abonnement de deux mois moins cher que celui d'Orange !!
          Alors j'espère que cela va fonctionner et que je pourrai continuer mes articles.
      Evidemment la clé 4G est moins bien que la ligne téléphonique car l'abonnement est limité à un un chargement de 15 Go, mais comme je n'importe ni film, ni musique, je pense que cela passera.
         Je ferai désormais beaucoup de pub pour Orange !

Donc à bientôt!

          Avant de parler des diverses sources possibles d'énergie, il faut essayer de rechercher quelqu'un sont les besoins mondiaux et leur évolution.

          Au 18ème siècle, les sources d’énergie étaient le vent (moulins), l’hydraulique (barrages), et la biomasse (bois). Deux révolutions industrielles successives ont apporté le charbon (et la machine à vapeur), et le pétrole (et les moteurs à explosion).
          Par ailleurs les progrès technologiques ont amené une consommation de plus en plus grande d’énergie, de telle sorte qu’aujourd’hui le niveau de vie d’un pays est corrélé à sa consommation d’énergie par habitant.
          Les 5 défis actuels de l’humanité, dans ce domaine, sont :
              - L’accroissement de la population.
              - L’épuisement inéluctable des énergies fossiles.
              - L’épuisement de toutes nos ressources de la terre : métaux, pierres, faune, produits agricoles, …
              - La croissance des émissions de gaz à effet de serre, entraînant le réchauffement climatique.
              - Les besoins futurs en énergie: moteur principal de l’économie.

          Les deux tableaux ci-dessous montrent la répartition de la population mondiale en 2015 par continent, et son évolution, à l’échéance 2100 en millions d’habitants, dans trois hypothèses d’évolution.
          Cet accroissement entraîne forcément une augmentation de consommation d’énergie.

          Les deux schémas ci-contre et ci dessous montrent la répartition actuelle des sources primaires d’énergie et l’évolution de la consommation, par source, depuis1850.On note évidemment l’énorme développement de la consommation du charbon et du pétrole.

          Le schéma ci dessous montre l’évolution de la consommation entre 2014 et 2040.
On voit évidemment, sur cette prévision, la part grandissante des nations en voie de développement et notamment de la Chine et de l’Inde, aux populations très importantes.

          Il est également intéressant de connaître la prévision de la répartition de la consommation d’énergie (en milliards de TEP), entre les diverses sources :

         En 2014, les premiers producteurs d’énergies carbonées étaient :
                    - pour le pétrole : USA (13,1%) ; Arabie (12,9%) ; Russie (12,7%) ;
                    - pour le gaz : USA (21,4%) ; Russie (16,7%) ; Quatar (5,1%) ;
                   - pour le charbon : Chine (46%) ; USA (11%) ; Inde (9%) .
         Les réserves mondiales sont estimées actuellement à une durée de :
                   - Pétrole : 54 ans, mais huile de schiste ;
                   - Gaz : 65 ans, mais environ 230 ans avec les gaz de schiste
                   - Charbon : 183 ans
         A comparer aux réserves de combustible nucléaire : 200 ans avec l’U235 mais plus de mille ans avec les réacteurs surgénérateurs ou l’utilisation du thorium. 

          En matière de gaz à effet de serre on rappellera simplement les principaux pays émetteurs sur le schéma ci-contre

          En définitive Les besoins croissants en énergie sont évidents, et même si on peut les freiner, on ne peut les arrêter. Mais il faut diminuer le réchauffement climatique et pour cela décarboner nos émissions de gaz. Comment le faire, cart il faut tenir compte des contraintes économiques. ?
Le mix énergétique à retenir dépend en fait des conditions locales de chaque pays.
        Au plan économique, il faut considérer la vérité des prix, et au plan scientifique, il faut augmenter fortement les investissements en recherche et développement.