•           Nous avons vu, très succinctement, dans l'article précédent quels sont les doses de rayonnements ionisant entraînant des effets biologiques sur notre corps.
              Il peut y avoir, au voisinage de sources radioactives puissantes, par exemple les cœurs de réacteur, des débits de dose considérables, très dangereux pour ceux qui sont à proximité, qui pourraient recevoir une dose mortelle en quelques minutes.
                Le débit de dose des rayonnement gamma décroit comme le carré de la distance (la surface de la sphère, puisque c’est un rayonnement par cm2). De plus il y a une absorption exponentielle par l’air. Les obstacles rencontrés (murs, terre...) l’atténuent.
             De ce fait à 1km il n’y a presque plus rien et à 10 km plus rien du tout et il n’y a pas de danger d’irradiation pour la population tant qu’il n’y aura pas des sols contaminés de façon importante.

              Je vais maintenant examiner les dangers de contamination externe et interne. Pour être plus réaliste, je prendrai des exemples dans les accidents de Tchernobyl et de Fukushima, et non lors d'une explosion de bombe nucléaire, pour laquelle les dangers sont sans commune mesure.

    Le nucléaire : les dangers de contamination interne (2)

                        Le danger de contamination externe.

              Lors de l’accident de Tchernobyl, du fait d'une explosion dans la centrale et de l'absence de double paroi, une partie des produits de fission des barres de combustible avait été dispersée dans un nuage de poussières, avec de la vapeur d’eau et de la fumée issue du graphite du modérateur qui a brûlé. Ces particules s’étaient ensuite déposées sur le sol, et il y avait donc une contamination par des produits de fission sur des étendues assez importantes, et des débits de dose non négligeables.
              Cependant, malgré une évacuation tardive, les irradiations on été limitées à, en général, quelques dizaines de mSV et les plus fortes vers 500 mSv et on n’a constaté aucun syndrome et aucun décès dans la population, dûs à l'irradiation.
              Quelques brûlures de la peau ont été provoquées par des contaminations des vêtements et de la peau, sous l’effet des rayonnements béta (électrons) émis par les produits de fission. Cela aurait pu être évité par une détection et une décontamination. (la protection civile russe a été très déficiente)
              En définitive le danger d’irradiation dû à l’exposition en zones contaminées est certes à prendre en compte, mais si on pratique suffisamment tôt une évacuation de certaines zones et une éventuelle décontamination des habits et de la peau, le risque paraît extrêmement limité. Mais pour prendre les bonnes décisions, il est essentiel d'être équipé de détecteurs de rayonnements, pour mesurer exactement le danger

                        Le danger de contamination  interne.

              Cela n’est pas le cas pour une éventuelle contamination interne due à l’ingestion de produits radioactifs par les voies respiratoires et digestives, produits qui peuvent alors se fixer sur des organes sensibles du corps et l’irradier pendant des périodes longues à des doses importantes.
              Le risque encouru n’est pas alors le même qu'en irradiation externe, mais il s'agit essentiellement de cancers des organes atteints.

              Les deux principaux radio-éléments dangereux parmi les produits de fission sont l’Iode 131 et le césium 137 (et à un beaucoup moindre titre le strontium 90).
              Il est possible de mesurer approximativement  la contamination ambiante et d’évaluer approximativement (et de mesurer sur certaines personnes dans des scanners spéciaux) la quantité de radio-éléments absorbés, et on peut alors évaluer la dose reçue au niveau des organes sensibles sur de longues périodes (20 ans par exemple), qui peut entrainer des cancers.
              La contamination peut être mesurée par la quantité de radio-éléments en béquerels Bq. Le béquerel est une unité qui correspond à une quantité de radio-éléments extrêmement faible. Des contaminations significatives, mais même peu importantes, correspondent à un nombre de Béquerels très élevé, ce qui effraie évidemment les personnes non averties (et les journalistes).   

    Le nucléaire : les dangers de contamination interne (2)

                        L’Iode 131

              L’iode 131 est un produit radioactif cristallin mais qui se sublime facilement et donc est émis sous forme gazeuse dans le nuage lors d'un accident grave comme Tchernobyl ou Fukushima.
              Sa période est de 7 jours environ, à l’issue de laquelle son activité est divisée par 2. Au bout de 10 semaines elle est divisée par 1000.
              Par contre, du fait de sa courte période, les rayonnements gamma émis correspondent à des débits de dose assez importants et irradient la thyroïde, sur laquelle l’iode se fixe.
              Les calculs montrent que l’ingestion de 1 Bq au niveau de la thyroïde ne donne qu’une dose en 20 ans de 0,4 μSv. Pour qu’il y ait danger, il faut inhaler des centaines de milliers de béquerels d’iode 131 gazeuse
             
    On peut minimiser le danger de l'iode en avalant, avant la contamination des pastilles d'iode, qui saturent provisoirement l'organisme, qui ne peut plus alors absorber encore de l'iode radioactif, au moment de la 
    contamination.

       
              On estime que la plupart des “liquidateurs” qui ont travaillé sur les réacteurs à Tchernobyl ont reçu, en 20 ans (1986/2006) au niveau de leur thyroïde plus de 100 mSV, les résidants des zones très contaminées plus de 50 mSv , ceux des zones moins contaminées entre 10 et 20 mSv les personnes évacuées environ 30. Ces doses ont été reçues essentiellement dans les premiers jours après l’accident. (source OMS)
              Les enfants ayant bu du lait contaminé ont reçu entre 140 et 2700 mSV.
              A noter que le rayonnement naturel pendant cette période délivre sur 20 ans une quarantaine de mSv.
              Les autorités sanitaires avaient estimé au départ que le nombre de cancers de la thyroïde risquait d’augmenter d’environ 4 000 cas.
              Chez les adultes il semble que ce pronostic ait été très surévalué et on a constaté très peu de ces cancers. Par contre chez les enfants de moins de 15 ans au moment de l’accident, on a constaté de l’ordre de 2000 cancers, toutefois bénins qui ont pu être guéris à 95%.
              Des mesures concernant le lait et la distribution de pastilles d’iode aurait permis d’éviter la plupart d’entre eux. (Là encore, la protection civile russe a été très déficiente et n'a pas pris en temps voulu les bonnes mesures d'interdiction de boire du lait et de l'eau contaminés.)
              Les journalistes ont monté en épingle le fait qu'on ait trouvé de l'iode dans les épinards et dans l'eau autour de la centrale et des traces dans l'eau du robinet à Tokio. Certes c'est anormal et cela prouve que de l'iode radioactif est sorti des centrales, mais si on mesure le phénomène, on s'aperçoit qu'il a peu d'importance.
              Dans un examen médical de la thyroïde, une scintigraphie qui n'a jamais perturbé la santé des personnes, on injecte dans l'iode un million de béquerels environ.
              Au voisinage de la centrale du Japon, on a trouvé15 000 bq par kg d'épinard et 77 bq par litre d'eau. Il faudrait manger environ une centaine de kg d'épinard et boire 15 000 litres d'eau pour atteindre l'équivalent d'une scintigraphie à la thyroïde (une partie de l'iode est rejetée). A Tokio les mesures faisaient étaut de 15 bq par m3 d'eau c'est à dire 15 millibéquerels par litre : des traces sans importance !!

                          Le Césium 137

              C’est un élément qui émet des électrons béta et des rayonnements gamma, avec une période de 30 ans. Il irradie donc peu mais ne disparait pratiquement pas au plan nucléaire, mais il est éliminé de l’organisme avec une période de 100 jours.
              Le césium est un homologue du potassium et suit le même processus biologique et participe donc à des processus de régulation osmotique au niveau des cellules et intervient dans la biochimie des enzymes et des protéines. Il se répartit surtout dans les muscles
              Il semble qu’il faille de très fortes doses pour que des effets biologiques soient constatés, lesquels sont assez divers et il est difficile de les imputer avec certitude à ce radio-élément : insuffisance médullaire et atteinte du système immunitaire, toxicité sur le foie et affections rénales, défauts de la minéralisation osseuse, troubles neurologiques, pathologies cardio-vasculaires, cancers.
              Ces actions nocives semblent davantage dues au rôle chimique du césium qu’à sa radioactivité.
              En fait il n’a pas été possible d’imputer avec certitude parmi les victimes de Tchernobyl, des pathologies dues à la contamination par le césium 137, ce qui ne démontre pas qu’il n’y en a pas eu, mais qu’il n’y a pas eu d’augmentation très importante comme pour l’iode 131
              En ce qui concerne Fukushima, certes l’accident japonais est grave, mais l’espèce d’affolement du monde entier (et beaucoup moins des japonais), a été très exagéré et dû en grande partie à des informations peu pertinentes des médias.
               Contrairement aux autorités russes, totalement dépassées par les événements, les autorités japonaises ont fait ce qui était nécessaire , vis à vis de la population : évacuer les abords de la centrale et avoir en réserve des pastilles d’iode au cas où ce serait nécessaire par la suite et interdire la consommation des épinards et légumes cultivés au voisinage de la centrale, bien que leur contamination ne soit pas très forte.
              Au plan des difficultés, rien de comparable avec l’approvisionnement en nourriture et le logement de tous les malheureux, (des dizaines de milliers) qui ont tout perdu avec le tsunami, alors qu’il neigeait et faisait froid au Japon.

     


        

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  •           Maintenant que nous savons succinctement comment fonctionne divers réacteurs nucléaires, et avant d'évoquer des accidents comme ceux de Tchernobyl et Fukushima, il faut que nous ayons une idée plus précise du risque et comment le chiffrer, c'est à dire des effets biologiques des rayonnements ionisants.

              C'est un domaine où j'ai travaillé comme jeune ingénieur, car j'ai eu à diriger un laboratoire où l'on faisait, entre autres, des études pour divers ministères, sur les effets sur des animaux (pour extrapolation à l'homme) des rayonnements ionisants et sur les méthodes possibles pour accroitre la prévention et la protection.

              Je vais donc essayer de vous donner une information, certes très succinte puisqu’en deux articles seulement, sur l’irradiation et la contamination qui peut effectivement se rencontrer dans l'industrie nucléaire en cas d'accident, mais qui concerne plus généralement les produits radioactifs et les appareils qui produisent des rayonnements dits "ionisants".
              
    Ce sera un peu difficile à lire car cela va ressembler à un cours de SVT.

              Les produits de fission émettent trois types de rayonnements :
                        - les rayonnements alpha, (noyau d'Hélium), qui sont très facilement absorbés et ne parcourent dans l'air que quelques centimètres et ne franchissent pas la peau.
                        -les rayonnement béta (des électrons) qui ne parcourent que quelques mètres dans l'air et moins d'un centimètre dans la peau.
                        - les rayonnement gamma (des photons), qui eux sont très pénétrants, d'autant plus qu'ils sont de grande énergie, et passent à travers le corps humain en y perdant de l'énergie et donc en y faisant des dégâts par ionisation.
              Seuls les rayonnements gamma sont donc dangereux devant le cœur d'un réacteur ou dans une zone où des produits de fission sont répandus sur le sol. C'est ce que l'on appelle le danger d'irradiation externe.         
              Les rayonnements béta peuvent brûler la peau si celle-ci est recouverte de poussières contenant des produits de fission, mais une décontamination élimine ces poussières.
              Par contre si, dans un endroit contaminé, on absorbe par voie respiratoire ou digestive des poussières contaminées, alors les trois types de rayonnements sont dangereux car les émetteurs radioactifs sont au contact des organes internes du corps humain.
              C'est ce que l'on appelle la contamination interne.

    Le nucléaire : effets biologiques des rayonnements ionisants. (1)

              Aujourd’hui je parlerai de l’irradiation “externe”, par des sources extérieures à notre corps, que ce soit une source ponctuelle (une source industrielle ou médicale, un appareil X de radiographie ou gamma de radiothérapie), ou une zone où le sol ou l'environnement sont contaminés par des produits de fission radioactifs.

              Les rayonnements dits "ionisants" X ou gamma principalement arrachent des électrons aux atomes des matériaux qu'ils traversent. Ces électrons peuvent créer une ionisation, notamment au voisinage des cellules biologiques de notre corps et peuvent perturber leur fonctionnement, voire les tuer.
              Voici, très résumés les effets qui sont produits au plan biologique : 

               Au niveau chimique, les rayonnements ionisants vont créer des ionisations et des ruptures de molécules et l’on va donc avoir des ions et des “radicaux libres” qui favoriseront des recombinaisons chimiques différentes de l’état initial.
               On observe notamment des oxydations qui vont perturber la chimie cellulaire.
               Au niveau des acides nucléiques, les rayonnements peuvent “casser les barreaux de l’échelle” ADN (les bases puriques - voir mes articles sur l’ADN) et provoquer ainsi des perturbations de la production des protéines, des mutations au niveau des cellules (effets cancérigènes ou génétiques pour l’espèce).
               Au niveau des chromosomes, il peut y avoir rupture d’un chromosome dans le noyau d’une cellule, ce qui en général empêche la cellule de se reproduire. Il en résulte que les organes les plus sensibles sont ceux dont les cellules se reproduisent souvent : les organes générateurs des cellules du sang (organes hématopoïétiques de la moelle des os principalement ou ganglions lymphatiques), les muqueuses  : peau et système gastro-intestinal. De nombreuses cellules détruites vont perturber voire empêcher leur fonctionnement.
                Aux doses très élevées, les ionisations tuent tous types de cellules et l’atteinte du cerveau est primordiale.

              Pour mesurer les effets des rayonnements, on utilise une unité, le Sievert (Sv), qui caractérise la quantité d’énergie cédée dans les divers organes de notre corps par les rayonnements ionisants et donc l’ionisation produite.
              On mesure les doses reçues principalement en milli-sieverts (mSv - le millième), et en micro-sieverts (μSv - le millionième.).
              Ces doses dépendent de la quantité de particules radioactives reçues et de l'énergie de ces particules. Ces données sont caractéristiques de chaque produit radioactif et de la quantité de ce produit présente. Elles sont aussi caractéristiques des appareillages qui émettent des rayons X.

              Voici une évaluation sommaire des syndromes constatés lors d’une “irradiation aigüe” c’est à dire se produisant sur une courte durée (quelques jours), sur tout le corps humain d'une personne.

                        - 10 mSv < d <100mSv : on peut, si on fait une culture de cellules du sang et qu’on examine un grand nombre de cellules, voir des anomalies chromosomiques.
    Elle n’ont pas d’influence sur la santé.

                        - 100 mSv < d < 500 mSv : on peut, si on dispose d’une numération sanguine avant et après l’irradiation, constater une diminution des nombres de globules rouges, globules blancs et de plaquettes. Ces anomalies disparaissent au bout de quelques semaines.

                        - 500 mSv < d < 6.000 mSv : les personnes vont être d’autant plus malades que la dose est élevée. Apparition de vomissements et de diarrhées, dues à l’irritation du système gastro-intestinal, d’une diminution des globules rouges d’où manque d’oxygénation des cellules et donc anémie, diminution des globules blancs et donc sensibilité plus grande à toutes les maladies microbienne.
              On pourra voir apparaître des décès au bout de quelques semaines après l’irradiation, à partir d’environ 2 500 mSv .
              Autour de 4 500 mSv, la moitié des personnes irradiée à cette dose risquent de mourir
              La survie au dessus de 6000 mSv est exceptionelle.

                        - 6000 mSv < d < 20.000 mSv : les personnes vont mourir d’une atteinte des muquauses gastro-intestinales; elles ne sont plus aptes à transmettre les nutriments. Les blessures et le manque de plaquettes entraînent des saignements et une invasion microbienne que les globules blancs, moins nombreux,  ne peuvent arrêter.
    La mort survient en quelques jours

                        - d> 20 000 mSv : Les cellules nerveuses du cerveau sont atteintes et la mort survient rapidement après un coma dans l’heure qui suit l’irradiaiton.

              Il faut attirer l’attention sur le fait que si l’irradiation ne concerne pas tout le corps et notamment les organes sensibles, seul l’organe atteint est concerné. Dans le traitement des tumeurs, on irradie la seule tumeur à plus de 100 000 mSv, mais avec des irradiations faibles pour les autres organes.
              Si une irradiation chronique est étalée sur des mois, il y a une certaine réparation qui intervient et les doses provoquant les syndromes ci-dessus sont plus élevées.

              Enfin il faut prendre en compte les modifications génétiques des cellules, qui notamment peuvent induire des leucémies en cas d’irradiation de tout le corps ou des cancers d’un organe en cas d’irradiation de cet organe.
              C’est la dose totale reçue depuis le début de l’irradiation, quelle qu’en soit la durée, qui doit être prise en compte, car c’est le nombre total de mutations du matériel génétique qui compte.
              Par exemple, pour un travailleur dans une centrale, on comptabilise les doses reçues depuis qu’il a commencé à travailler, jusqu’à sa retraite.

    Le nucléaire : effets biologiques des rayonnements ionisants. (1)     Dans ce domaine on ne peut parler que statistiques : les études montrent que la probabilité de développer un cancer n’est plus grande que la probabilité naturelle, que si l’on a reçu une dose totale supérieure à 2 000 millisieverts.
        On ne peut pas démontrer  qu’une dose plus faible peut engendrer un cancer car sur les populations étudiées (Hiroshima et Nagasaki, Tchernobyl, des irradiations thérapeutiques,...), car on ne voit pas d’anomalie statistique par rapport à l’apparition de cancers naturels, mais on ne peut pas démontrer non plus que cela n’en produit pas (l'extrapolation n'est pas possible !)
              Quant aux études sur des animaux, le passage à l’homme est extrêmement difficile et ne permet pas de trancher ce problème.
      
              En ce qui concerne le risque de modifications génétiques transmissibles à l’espèce, il ne serait important que si toute une population était irradiée très fortement (risque de la même mutation chez les deux parents).
              Aucune étude n’est possible chez l’homme, mais on sait seulement que des populations vivant dans des zônes granitiques ou en altitude recoivent au cours de leurs vies environ 200 mSv et ne sont pas anormales pour autant.

              Ce que je viens de vous exposer est très simplifié et évidemment les études d’effets biologiques sont très complexes et concernent les effets de diverses sortes de rayonnements et les divers organes de notre corps.
              Mon but était de vous donner des repères utiles en matière de doses d’irradiation et des effets biologiques correspondants.
              En résumé :
                        - La législation impose pour les travailleurs devant des rayonnements ionisants, de ne pas recevoir plus de 20 mSV par an pour le corps entier, (avec des exceptions pour les jeunes et les femmes enceintes), et 1mSv par an pour la population. Ces normes tiennent compte des effets génétiques à long terme.
              Mais il est certain que l'objectif à viser doit toujours être l'irradiation la plus faible possible.
                        - Ces doses sont très inférieures à des doses dangereuses dont on peut résumer ainsi les seuils :
                                  • entre 100 et 500 mSv on peut déceler des modifications de la numération sanguine.
                                  • il y a risque d'atteinte somatique,  à partir de 500 mSV, de plus en plus grave lorsque les doses augmentent et notamment au dessus de 2000 mSv.
                                  • la survie au dessus de 6.000 mSv est exceptionelle.

     

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  •           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.

    Les divers types de réacteurs nucléaires.

              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).

    Les divers types de réacteurs nucléaires.

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  •  

              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.

     

     

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  •           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.

    Les énergies dans le monde (2), les sources classiques fossiles.

              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.

    Les énergies dans le monde (2), les sources classiques fossiles.      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) :

    Les énergies dans le monde (2), les sources classiques fossiles.

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

    Les énergies dans le monde (2), les sources classiques fossiles.

              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.

    Les énergies dans le monde (2), les sources classiques fossiles.

     

    Les énergies dans le monde (2), les sources classiques fossiles.

     

              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. 

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