Physique des plasmas (Vol. 1)

Un combustible est par définition un corps se combinant avec l'oxygène, en dégageant de la chaleur grâce à une réaction chimique qui mobilise seulement les électrons périphériques des éléments se combinant. Par extension, on a appelé combustible nucléaire une matière qui produit aussi de la chaleur par transformation des noyaux des atomes, en pratique par fission d'atomes lourds, ceux de l'uranium, du plutonium, éventuellement ceux du thorium.

Les processus physiques sont donc très différents pour les deux types de combustible. Les conditions de production continue de chaleur pour une application industrielle sont beaucoup plus difficiles à réaliser avec le combustible nucléaire. Les impératifs de contrôle des neutrons dans la réaction en chaîne entretenue font du combustible nucléaire un produit hautement technique. Sa matière première doit suivre une série d'opérations qui s'achèvent par les procédés de haute technologie de la séparation isotopique ou du recyclage, et sa fabrication demande une haute précision pour obtenir les caractéristiques spécifiées de composition, structure et confinement.

La densité d'énergie est extraordinaire, des millions de fois supérieure à celle d'un combustible chimique.

L'énergie de fission immédiate s'accompagne d'une intense énergie résiduelle, qui ensuite va se manifester longtemps sous forme radioactive et secondairement thermique (la chaleur n'est qu'une manifestation de la radioactivité).

La fission nucléaire produit toujours une certaine régénération de la matière "fissile", à partir de la matière " fertile " associée dans le combustible (voir le rappel des propriétés nucléaires de l'uranium au chapitre 2).

La fin de combustion ne correspond pas à l'épuisement du potentiel énergétique de la matière nucléaire chargée; elle est imposée par les impératifs de la neutronique et ceux du confinement. L'évolution des atomes lourds et l'accumulation progressive des produits de fission neutrophages, plus l'endommagement conjoint par irradiation du confinement proche (le " gainage ") fixent les limites d'usage du combustible (Figure 1.1).

Le stockage profond vise à disposer de stockages définitifs installés en couches géologiques solides et étanches. Présentement la référence mondiale, cette solution est l'objet d'importants programmes de recherche. Elle est reconnue comme sûre à très long terme, ne devant avoir qu'un impact nul ou très faible même à des horizons de temps très lointains, et aussi comme faisable à coût réduit, à cause des petits volumes à enfouir. Elle est envisagée pour les deux fins de cycle en compétition (cycle ouvert et cycle fermé).