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Analyses d'ouvrages

Paul Reuss, Du noyau atomique au réacteur nucléaire. La saga de la neutronique française

René Bimbot
p. 91-92
Référence(s) :

Paul Reuss, Du noyau atomique au réacteur nucléaire. La saga de la neutronique française, EDP Sciences, collection QuinteScience, 2013, 278 p.

ISBN 978-2-7598-0739-0

Texte intégral

1Le terme neutronique a été construit sur le modèle du terme « électronique », mais l’auteur confirme dès le début de son livre qu’il est inconnu du grand public. Il est resté confiné au langage des ingénieurs en charge des réacteurs nucléaires, comme Paul Reuss lui-même. L’ouvrage commence donc par préciser de quoi il s’agit : « 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 ». Ensuite, en 24 chapitres et 240 pages, toutes les facettes de cette science vont être présentées. Pour cette présentation, l’auteur a choisi une approche historique. Mais il met en garde le lecteur : cette approche est celle d’un témoin qui connaît bien le sujet pour l’avoir vécu, et non d’un historien à l’œil critique.

2Il n’empêche que cette méthode est très efficace pour introduire, un à un, les concepts qui entrent en jeu dans l’industrie nucléaire et dans la physique et la chimie qui la sous-tendent. Le récit est pris très tôt, puisque Paul Reuss remonte à la découverte de la radioactivité (Becquerel, 1896), trente-six ans avant la mise en évidence du neutron par Chadwick. On pourrait penser que ce chapitre (le deuxième du livre) est superflu, cette période ayant fait l’objet de maintes narrations, mais l’auteur en profite pour rappeler les notions physiques de base relatives à la radioactivité, notions qui serviront par la suite.

3Après Chadwick, le neutron est très présent dans le développement de la physique nucléaire. L’ouvrage en décrit les grandes étapes, en commençant par la « neutronmania » de Fermi, qui avait, le premier, compris que son absence de charge faisait de cette particule le projectile de choix pour produire de nouveaux isotopes. En utilisant successivement toutes les cibles possibles pour cette production, Fermi parvint à l’uranium et à l’imbroglio de la fission, qui fut finalement démêlé à Berlin, par Hahn et Strassman, au seuil de la deuxième guerre mondiale. La fission, produite par l’impact de neutrons sur le noyau d’uranium, étant elle-même source de neutrons, on comprend qu’elle puisse mener à des réactions en chaîne. Pierre Joliot le comprit avant beaucoup d’autres, et ainsi naquit le principe des réacteurs nucléaires et de l’arme atomique. Dans la suite de cette première partie, consacrée aux bases physiques de la neutronique, l’auteur aborde effectivement l’émergence de la première « pile », due à Fermi (encore lui), qui fonctionna dès 1942, à Chicago, et qui fut le point de départ de toute la saga électronucléaire. D’emblée, le physicien italien fut confronté aux grandes questions liées au fonctionnement des réacteurs :

  • nature du « modérateur », milieu entourant les barres d’uranium, et dont la mission principale est de ralentir les neutrons rapides pour les rendre capables d’engendrer de nouvelles fissions de l’isotope 238, présent à 98,5 % dans ces barres ;

  • nécessité d’évacuer la chaleur provenant de la libération d’énergie par fission, à l’aide d’un fluide « caloporteur » ;

  • nécessité de calculer la masse d’uranium nécessaire pour que la réaction en chaîne s’entretienne (masse critique) et de concevoir un « réseau », c’est-à-dire une structure périodique dans laquelle sont disposés ce matériau fissile, le modérateur, et le fluide caloporteur. Le réseau est calculé au préalable en utilisant les lois de la neutronique et de la thermodynamique ;

  • nécessité de contrôler le fonctionnement du réacteur, c’est-à-dire de déclencher le processus de réaction en chaîne, puis de l’arrêter à volonté ;

  • nécessité de protéger l’entourage des rayonnements de radioactivité émis, soit au cours de la fission (ils sont alors accompagnés de neutrons s’échappant du réacteur), soit par les produits de fission, dont certains ont une durée de vie très longue.

4Parmi les modérateurs possibles qui sont l’eau lourde, le béryllium métallique l’oxyde de béryllium et le graphite, Fermi choisit ce dernier. Après avoir calculé la masse critique et conçu le réseau, il construisit un empilement de blocs de graphite (400 tonnes) au sein duquel étaient enserrées les barres d’uranium (6 tonnes) et d’oxyde d’uranium (37 tonnes). C’est donc pour des raisons géométriques – et non électriques – que ce réacteur fut appelé la « pile » de Fermi. Les questions liées à l’évacuation de la chaleur dégagée et à l’émission de rayonnements furent réglées en ne faisant fonctionner ce réacteur qu’à très faible puissance.

5Dans la suite de l’ouvrage, l’auteur définit les principales filières de réacteurs, par leur code classique « combustible-modérateur-caloporteur » et parcourt leurs générations successives :

6Il appelle « génération zéro » les premières réalisations des différents pays, caractérisées par un certain empirisme. Il s’agissait de dispositifs destinés à produire du plutonium pour la bombe atomique (projet Manhattan aux États-Unis), ou de prototypes industriels pour la production d’électricité, mais qui, naturellement, produisaient aussi du plutonium… En France, la première pile fut Zoé, installée à Châtillon par le CEA, tout nouvellement créé. De petits réacteurs furent aussi construits par les grandes puissances pour équiper les porte-avions et sous-marins nucléaires. Ensuite, Paul Reuss mentionne quatre autres « générations ». Deux d’entre elles ont fonctionné, la première correspondant à la filière uranium naturel-graphite-gaz, adoptée initialement en France, la deuxième à la filière américaine des réacteurs à eau, qui, finalement, supplanta la précédente dans notre pays. Les deux « générations » suivantes sont en préparation. À chaque fois, les calculs de neutronique doivent être repris, et des codes de plus en plus sophistiqués se développent.

7Le principe des réacteurs utilisant des neutrons rapides est également abordé dans ce livre. Parmi ceux-ci figurent les surgénérateurs, tel Superphénix, qui offrent l’avantage de pouvoir « brûler » le plutonium, mais qui présentent certains dangers.

8D’autres aspects de la neutronique sont ensuite mentionnés, comme ceux qui touchent à la radioprotection, à la mise en œuvre des armes nucléaires et à l’emploi des neutrons pour explorer la matière. Enfin, le 24e et dernier chapitre traite des riches perspectives de cette science.

9À la lecture de cet ouvrage, on est surpris par son contenu extrêmement vaste, qui contraste avec la faible résonance médiatique du terme neutronique et le désintérêt général de la population pour les neutrons. Le style concis et précis de l’auteur lui permet de les présenter en un nombre de pages très raisonnables (215 si on ne compte pas les annexes), mais écrites en caractères assez petits. Encore ce nombre comprend-il les encadrés explicatifs. Ceux-ci donnent les détails du calcul de certains paramètres – ils ne font souvent que rappeler des équations et sont vraisemblablement destinés aux spécialistes du sujet – ou fournissent des compléments sur des notions apparaissant dans le texte – ils sont alors généralement accessibles à tous.

10Une dernière remarque concerne les résumés de chapitre. Présents dans la table des matières et en début de chaque chapitre, ils permettent de prendre rapidement connaissance du sujet traité, ce qui est très pratique.

11En conclusion, il s’agit d’un ouvrage complet, traitant d’un sujet méconnu dans un langage accessible à tous. Sa grande clarté le rend très agréable à lire.

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Pour citer cet article

Référence papier

René Bimbot, « Paul Reuss, Du noyau atomique au réacteur nucléaire. La saga de la neutronique française », Histoire de la recherche contemporaine, Tome IV-N°1 | 2015, 91-92.

Référence électronique

René Bimbot, « Paul Reuss, Du noyau atomique au réacteur nucléaire. La saga de la neutronique française », Histoire de la recherche contemporaine [En ligne], Tome IV-N°1 | 2015, mis en ligne le 15 juin 2015, consulté le 23 octobre 2017. URL : http://hrc.revues.org/1042

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Auteur

René Bimbot

Physicien

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