How do nuclear power plants work? - M. V. Ramana and Sajan Saini

Quels sont les enjeux de l'énergie nucléaire ? - M. V. Ramana et Sajan Saini

Traducteur: Nelson Luce Relecteur: José Leobardo Aguilar

On a December afternoon in Chicago during the middle of World War II,

Un après-midi de décembre à Chicago, pendant la Seconde Guerre mondiale,

scientists cracked open the nucleus at the center of the uranium atom

des scientifiques ont ouvert le noyau au centre de l'atome d'uranium

and turned nuclear mass into energy over and over again.

et ont transformé la masse nucléaire en énergie, encore et encore.

Ils ont réussi ceci en créant pour la première fois

They did this by creating for the first time

a chain reaction inside a new engineering marvel:

une réaction en chaîne à l'intérieur d'une nouvelle merveille d'ingénierie :

the nuclear reactor.

le réacteur nucléaire.

Since then, the ability to mine great amounts of energy from uranium nuclei

Depuis, la capacité d'extraire de grandes quantités d'énergie des noyaux d'uranium

has led some to bill nuclear power

a mené certains à voir l'énergie nucléaire

as a plentiful utopian source of electricity.

comme une source d'électricité abondante et utopique.

A modern nuclear reactor generates enough electricity from one kilogram of fuel

Un réacteur nucléaire moderne produit assez d'électricité à partir

d'un kilo de carburant pour alimenter un foyer américain moyen pendant

to power an average American household for nearly 34 years.

près de 34 ans. Au lieu de dominer le marché mondial de l'électricité,

But rather than dominate the global electricity market,

nuclear power has declined from an all-time high of 18% in 1996

l'énergie nucléaire n'a cessé de diminuer depuis le record de 18 % en 1996,

to 11% today.

à seulement 11 % aujourd'hui.

And it's expected to drop further in the coming decades.

Elle devrait diminuer encore dans les décennies à venir.

What happened to the great promise of this technology?

Qu'est-il arrivé à cette technologie si prometteuse ?

It turns out nuclear power faces many hurdles,

L'énergie nucléaire fait face à de nombreux obstacles,

including high construction costs

dont les coûts de construction élevés

and public opposition.

et l'opposition du public.

And behind these problems lie a series of unique engineering challenges.

En plus de ces problèmes, il y a également de nombreux défis techniques.

Nuclear power relies on the fission of uranium nuclei

L'énergie nucléaire repose sur la fission d'un noyau d'uranium

and a controlled chain reaction

et sur une réaction en chaîne contrôlée

that reproduces this splitting in many more nuclei.

qui reproduit cette division en plusieurs noyaux.

The atomic nucleus is densely packed with protons and neutrons

Le noyau atomique est grandement chargé en protons et en neutrons

bound by a powerful nuclear force.

qui sont liés par une puissante force nucléaire.

Most uranium atoms have a total of 238 protons and neutrons,

La plupart des atomes d'uranium disposent de 238 protons et neutrons,

but roughly one in every 140 lacks three neutrons,

mais il manque trois neutrons à environ un atome sur 140,

and this lighter isotope is less tightly bound.

et cet isotope plus léger est moins solidement lié.

Compared to its more abundant cousin,

Contrairement à son cousin plus abondant,

a strike by a neutron easily splits the U-235 nuclei

la frappe d'un neutron divise facilement le noyau de l'uranium-235

into lighter, radioactive elements called fission products,

en éléments radioactifs plus légers, appelés produits de fission,

in addition to two to three neutrons,

en plus de deux à trois neutrons,

gamma rays,

de rayons gamma,

and a few neutrinos.

et de quelques neutrinos.

During fission, some nuclear mass transforms into energy.

Lors de la fission, de la masse nucléaire se transforme en énergie.

A fraction of the newfound energy powers the fast-moving neutrons,

Une partie de la nouvelle énergie alimente les neutrons rapides,

and if some of them strike uranium nuclei,

et si certains d'entre eux frappent des noyaux d'uranium,

fission results in a second larger generation of neutrons.

la fission engendre une deuxième génération de neutrons plus conséquente.

If this second generation of neutrons strike more uranium nuclei,

Si cette deuxième génération de neutrons frappe d'autres noyaux d'uranium,

more fission results in an even larger third generation, and so on.

la fission engendre une troisième génération encore plus conséquente, etc.

But inside a nuclear reactor,

Mais à l'intérieur d'un réacteur nucléaire,

this spiraling chain reaction is tamed using control rods

cette réaction en chaîne infinie est contrôlée avec des barres de commande

made of elements that capture excess neutrons and keep their number in check.

faites à partir d'éléments qui stockent le surplus de neutrons et le régulent.

With a controlled chain reaction,

Grâce à une réaction en chaîne contrôlée,

a reactor draws power steadily and stably for years.

un réacteur est alimenté continuellement et stablement pendant des années.

The neutron-led chain reaction is a potent process driving nuclear power,

La réaction en chaîne induite par les neutrons est le procédé principal

de l'énergie nucléaire, mais cela peut également engendrer

but there's a catch that can result

in unique demands on the production of its fuel.

des exigences particulières quant à la production de son carburant.

It turns out, most of the neutrons emitted from fission have too much kinetic energy

Il apparaît que la plupart des neutrons émis par la fission ont trop

d'énergie cinétique pour être stockés par les noyaux d'uranium.

to be captured by uranium nuclei.

The fission rate is too low and the chain reaction fizzles out.

Le taux de fission est trop bas et la réaction en chaîne faiblit.

The first nuclear reactor built in Chicago used graphite as a moderator

Le premier réacteur nucléaire, à Chicago, utilisait le graphite comme modérateur

to scatter and slow down neutrons just enough

pour disperser et ralentir suffisamment les neutrons

to increase their capture by uranium and raise the rate of fission.

pour augmenter leur stockage par l'uranium et augmenter le taux de fission.

Modern reactors commonly use purified water as a moderator,

Les réacteurs modernes utilisent généralement de l'eau purifiée

but the scattered neutrons are still a little too fast.

comme modérateur, mais les neutrons dispersés sont encore un peu trop rapides.

To compensate and keep up the chain reaction,

Pour compenser et poursuivre la réaction en chaîne,

the concentration of U-235 is enriched

la concentration d'uranium-235 est enrichie

to four to seven times its natural abundance.

de quatre à sept fois son abondance naturelle.

Today, enrichment is often done by passing a gaseous uranium compound

De nos jours, l'enrichissement est souvent effectué en passant un mélange

d'uranium gazeux dans des centrifugeuses

through centrifuges

to separate lighter U-235 from heavier U-238.

pour séparer l'uranium-235, plus léger, de l'uranium-238, plus lourd.

But the same process can be continued to highly enrich U-235

Mais le même procédé peut être utilisé pour enrichir grandement l'uranium-235

up to 130 times its natural abundance

jusqu'à 130 fois son abondance naturelle

and create an explosive chain reaction in a bomb.

et créer une réaction en chaîne explosive dans une bombe.

Methods like centrifuge processing must be carefully regulated

Les méthodes comme la transformation en centrifugeuse doivent être régulées

to limit the spread of bomb-grade fuel.

pour limiter la propagation de carburant permettant de créer des bombes.

Remember, only a fraction of the released fission energy

Souvenez-vous, seule une partie de l'énergie de la fission libérée

goes into speeding up neutrons.

sert à accélérer les neutrons.

Most of the nuclear power goes into the kinetic energy of the fission products.

La plupart de l'énergie nucléaire sert pour l'énergie cinétique des produits

de fission. Ces derniers sont stockés dans le réacteur sous forme de chaleur

Those are captured inside the reactor as heat by a coolant,

usually purified water.

par un refroidisseur, en général de l'eau purifiée.

This heat is eventually used to drive an electric turbine generator by steam

Cette chaleur peut être utilisée pour contrôler un générateur de turbine

just outside the reactor.

électrique à l'extérieur du réacteur.

Water flow is critical not only to create electricity,

Le débit d'eau est crucial pour créer de l'électricité,

but also to guard against the most dreaded type of reactor accident,

mais aussi pour se protéger du type d'accident du réacteur le plus redouté,

the meltdown.

la fusion.

If water flow stops because a pipe carrying it breaks,

Si le débit d'eau s'arrête en raison d'un tuyau qui se casse,

or the pumps that push it fail,

ou si les pompes fonctionnent mal,

the uranium heats up very quickly and melts.

l'uranium chauffe très rapidement et fond.

During a nuclear meltdown,

Lors d'une fusion nucléaire,

radioactive vapors escape into the reactor,

des vapeurs radioactives s'échappent dans le réacteur,

and if the reactor fails to hold them,

et si le réacteur ne parvient pas à les contenir,

a steel and concrete containment building is the last line of defense.

une enceinte de confinement en béton et acier fait office de dernier rempart.

But if the radioactive gas pressure is too high,

Mais si la pression du gaz radioactif est trop élevée,

containment fails and the gasses escape into the air,

le confinement échoue et les gaz s'échappent dans l'air,

spreading as far and wide as the wind blows.

se propageant aussi loin que le vent souffle.

The radioactive fission products in these vapors

Les produits de fission radioactifs dans ces vapeurs

eventually decay into stable elements.

peuvent se décomposer en éléments stables.

While some decay in a few seconds,

Certains se décomposent en quelques secondes,

others take hundreds of thousands of years.

d'autres mettent des centaines de milliers d'années.

The greatest challenge for a nuclear reactor

Le plus grand défi pour un réacteur nucléaire

is to safely contain these products

est de contenir ces produits de manière sécurisée

and keep them from harming humans or the environment.

et de les tenir à l'écart de l'Homme ou de l'environnement.

Containment doesn't stop mattering once the fuel is used up.

Le confinement est toujours important même une fois que le carburant a été utilisé.

In fact, it becomes an even greater storage problem.

En fait, cela devient un problème de stockage encore plus important.

Every one to two years,

Tous les un à deux ans,

some spent fuel is removed from reactors

du carburant utilisé est retiré des réacteurs

and stored in pools of water that cool the waste

et stocké dans des piscines d'eau qui refroidissent les déchets

and block its radioactive emissions.

et bloquent les émissions radioactives.

The irradiated fuel is a mix of uranium that failed to fission,

Le carburant irradié est un mélange d'uranium qui n'est pas entré en fission,

fission products,

de produits de fission,

and plutonium, a radioactive material not found in nature.

et de plutonium, une matière radioactive introuvable dans la nature.

This mix must be isolated from the environment

Ce mélange doit être isolé loin de l'environnement

until it has all safely decayed.

jusqu'à ce qu'il se soit décomposé.

Many countries propose deep time storage in tunnels drilled far underground,

Beaucoup de pays proposent de l'enterrer dans des tunnels creusés profondément,

but none have been built,

mais aucun n'a été construit,

and there's great uncertainty about their long-term security.

et le doute règne quant à la sécurité à long terme.

How can a nation that has existed for only a few hundred years

Comment une nation âgée de plusieurs centaines d'années seulement

plan to guard plutonium through its radioactive half-life

peut-elle prévoir de conserver du plutonium durant sa demi-vie radioactive

of 24,000 years?

longue de 24 000 ans ?

Today, many nuclear power plants sit on their waste, instead,

Aujourd'hui, beaucoup de centrales nucléaires conservent leurs déchets,

storing them indefinitely on site.

les stockant indéfiniment sur place.

Outre la radioactivité, il y a un danger plus important avec le carburant utilisé.

Apart from radioactivity, there's an even greater danger with spent fuel.

Plutonium can sustain a chain reaction

Le plutonium peut alimenter une réaction en chaîne

and can be mined from the waste to make bombs.

et peut être extrait des déchets pour construire des bombes.

Le stockage du carburant utilisé n'est pas seulement un risque pour l'environnement,

Storing spent fuel is thus not only a safety risk for the environment,

but also a security risk for nations.

c'est également un risque pour la sécurité internationale.

Qui devrait conserver ces déchets ?

Who should be the watchmen to guard it?

Visionary scientists from the early years of the nuclear age

Des scientifiques visionnaires du début de l'ère nucléaire

pioneered how to reliably tap the tremendous amount of energy

ont inventé un moyen d'exploiter la grande quantité d'énergie

inside an atom -

contenue dans un atome

as an explosive bomb

pour créer une bombe explosive

and as a controlled power source with incredible potential.

et comme source d'énergie contrôlée disposant d'un potentiel énorme.

But their successors have learned humbling insights

Cependant, leurs successeurs ont reçu plusieurs leçons d'humilité

about the technology's not-so-utopian industrial limits.

quant aux limites industrielles pas si utopiques de cette technologie.

Mining the subatomic realm makes for complex, expensive, and risky engineering.

Approfondir le domaine subatomique constitue

une technique dangereuse, complexe et coûteuse.