Du noyau atomique au réacteur nucléaire, La saga de la neutronique française, Ebook

Publié par : EDP Sciences

La neutronique – néologisme bâti sur le modèle d’électronique – est née en 1932 avec la mise en évidence expérimentale du neutron par le physicien britannique James Chadwick. La neutronique est l’étude du cheminement des neutrons dans la matière et, plus spécifiquement, des conditions d’une réaction en chaîne libérant de l’énergie grâce aux fissions de noyaux d’uranium ou de plutonium. À la suite de talentueux pionniers de la physique nucléaire – Becquerel, les Curie, les Joliot-Curie et bien d’autres – et encouragés par une politique volontariste de développement de cette nouvelle source d’énergie, les physiciens français ont apporté une contribution essentielle aux progrès de la neutronique. Basée à l’origine sur des modèles extrêmement habiles, la neutronique a fait de plus en plus appel à l’informatique. Aujourd’hui, les concepteurs des réacteurs font partie des gros utilisateurs du calcul scientifique. Cette saga est contée ici par un ingénieur qui a contribué à ces développements et un enseignant qui a transmis sa passion à de nombreux jeunes. L’auteur a choisi de la présenter avec deux niveaux de difficulté : le lecteur rebuté par les équations ou ne recherchant qu’un aperçu pourra se limiter au texte principal ; celui qui souhaite plus de détails pourra aussi se plonger dans les encadrés.


Consulter un extrait ci-dessous

J'ai choisi une approche historique présentant les différentes facettes du neutronique à peu près dans le même ordre que celui des découvertes et développements successifs des scienti?ques. Mais je précise qu'il ne s'agit pas à proprement parler d'une histoire de la neutronique. C'est pourquoi j'ai préféré parler de saga. Je n'ai pas, en effet, la compétence d'un historien ; en revanche, je peux me targuer de bien connaître la neutronique, puisque je la pratique depuis une cinquantaine d'années au travers des développements auxquels j'ai participé au Commissariat à l'énergie atomique (CEA) aujourd'hui, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives et des nombreux enseignements que j'ai animés, notamment au sein de l'unité du CEA dont c'est la mission, l'Institut national des sciences et techniques nucléaires (INSTN).


Ayant travaillé en France, je privilégierai dans cette saga " l'Ã?cole française de neutronique ". Mais la neutronique n'a pas de patrie et ce qui se fait ailleurs n'est guère différent de ce qui se pratique en France.


Mes diverses activités m'ont amené à côtoyer de très nombreux neutroniciens. J'en évoque quelques-uns dans ces pages, mais il clair qu'il n'était pas possible de tous les citer et j'ai décidé de me limiter, pour illustrer mes propos, à ceux que j'ai le mieux connus. Que ceux qui ne trouveront pas leur nom dans les pages qui suivent sachent que cela n'est pas un manque de reconnaissance mais seulement la conséquence d'une contrainte pratique : celle de ne pas lasser le lecteur. J'ai indiqué dans l'index non seulement les numéros de page où sont citées les personnes, mais aussi leurs dates, dans la mesure où j'ai pu les trouver.


Le premier chapitre donne un aperçu de ce qu'est la neutronique et comment elle intervient dans la physique des réacteurs nucléaires. Les chapitres que suivent reprennent l'affaire à ses origines et présentent les acquis successifs. La première partie parle des découvertes, la seconde des développements ; entre les deux, l'interlude évoque les réacteurs fossiles d'Oklo. Le chapitre sur le neutronique expérimental faite en soutien à tous les développements sera placé en charnière entre ces deux parties, juste après l'interlude. Les trois chapitres présentant des aspects connexes à l'électronucléaire les études de protection et criticité, l'utilisation des neutrons dans la recherche et la neutronique des armes termineront l'ouvrage avant sa conclusion.


Il y a en France quelques milliers de personnes qui connaissent la neutronique, quelques centaines qui la pratiquent, quelques dizaines qui la développent et aussi quelques dizaines qui l'enseignent (souvent les mêmes). Pour le monde entier, il faudrait à peu près multiplier par dix ces ordres de grandeur.


Comme cela a été évoqué dans l'avant-propos, la neutronique est l'étude et le calcul des phénomènes gouvernant le cheminement des neutrons et, plus particulièrement, la réaction en chaîne et la génération de puissance dans un réacteur nucléaire.


Ã? l'origine, la neutronique ne fut qu'une branche de la physique nucléaire qui elle-même ne fut qu'une branche de la physique atomique : ainsi cette saga se doit de commencer en évoquant Démocrite et les controverses, durant deux millénaires, autour de la théorie atomique. La découverte de la radioactivité par Becquerel (1896) est l'acte de naissance de la physique nucléaire. Mais il sera difficile ensuite de départager les deux hypothèses possibles sur la structure des noyaux. La découverte du neutron par Chadwick (1932) marquera la véritable naissance de la neutronique.


Le neutronique est à l'origine une simple branche de la physique nucléaire spécialisée dans les interactions neutron-noyau. Ensuite, avec l'étude de l'équation de Boltzmann, elle prendra son autonomie. Si l'on remonte un peu dans le passé, on constate de même que la physique nucléaire n'est, au départ, qu'une branche de la physique atomique. Pour découvrir la véritable origine de la neutronique, il faut donc remonter à l'histoire de la théorie atomique. Cette histoire étant bien connue, nous n'en rappellerons ici que quelques jalons.


Il est de tradition d'attribuer au philosophe grec Démocrite la première esquisse de la théorie atomique de la matière. Environ 400 ans avant notre ère, Démocrite imagine que cette matière est formée de " grains " insécables qu'il appelle atomes (ne pouvant être coupés). Ces grains sont suffisamment petits pour ne pas être décelés dans une matière ayant l'apparence du continu, comme l'eau ; et, s'assemblant de diverses façons, ils expliquent la grande diversité sous laquelle nous apparaît la matière. Démocrite aura des disciples... et de farouches opposants. Il faudra plus de deux millénaires pour affiner les indices en faveur de l'une ou l'autre des thèses. En l'occurrence, les travaux des chimistes des XVIIIe et XIXe siècles, tels Antoine Laurent de Lavoisier ou John Dalton découvrant des rapports simples dans les réactions chimiques, ou encore Dimitri Ivanovitch Mendeleïev établissant sa table des éléments apportent des indices en faveur de la théorie atomique, toutefois sans convaincre dé?nitivement l'ensemble de la communauté scienti?que.

L'élément décisif sera la découverte, à Paris, en 1896, de la radioactivité de l'uranium par Henri Becquerel voir l'encadré 1 -, puis de celle de nouveaux éléments radioactifs (polonium, radium) par Marie et Pierre Curie. Après l'étude du rayonnement électronique, l'étude du rayonnement ? (alpha) montre aussi une structure particulaire. Jean Perrin rassemble de nombreux autres indices pour étayer la théorie atomique, notamment en confrontant plusieurs méthodes de mesure du nombre d'Avogadro.


Henri Becquerel soupçonne que l'uranium exposé au soleil est susceptible d'émettre par phosphorescence des rayons X. Mais, ces jours-là, le soleil ne s'est pas montré et il s'attend à ne rien détecter. Cependant, le 1er mars 1896, il développe par acquis de conscience des plaques photographiques qui sont restées, dans un tiroir, au voisinage de sels d'uranium. Surprise, les plaques sont voilées ! Cherchant à comprendre ce qui s'est produit, Becquerel découvrira un phénomène totalement inconnu : la radioactivité.


La radioactivité est l'émission spontanée de rayonnements par certains corps chimiques. Dans le cas de l'uranium et du thorium, il s'agit de particules lourdes et chargées positivement que plus tard on appellera particules ? (alpha) et qu'on identi?era à des noyaux d'hélium.

Parmi les descendants de l'uranium et du thorium, on trouve d'autres éléments radioactifs, notamment le polonium et le radium. Quelques-uns d'entre eux se désintègrent aussi par émission d'électrons négatifs : c'est la radioactivité ? (bêta). Accompagnant les rayonnements ? et ?, on repérera aussi des rayonnements ? (gamma) qui, eux, sont neutres ; il s'agit de rayonnements électromagnétiques plus énergétiques que la lumière et même les rayons X.



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Informations
Date :

27/06/2013


Langue :

Français


Pages :

259


Consultations :

4925


Note :
Format :

PDF / EPUB


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Résumé

Auteur : Paul Reuss


Editeur : EDP Sciences


Edition : EDP Sciences

ISBN : 9782759810383

Tags : Nucléaire, atomique, neutronique, uranium, plutonium, physique nucléaire, neutron.
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