Introduction
L'énergie nucléaire désigne l'énergie libérée lors de la modification de la structure interne des noyaux atomiques, soit par fission (division de noyaux lourds comme l'uranium ou le plutonium), soit par fusion (combinaison de noyaux légers comme l'hydrogène). Son exploitation à grande échelle repose sur la découverte de la radioactivité à la fin du XIXe siècle et sur les avancées fondamentales de la physique quantique et nucléaire dans la première moitié du XXe siècle. Elle constitue aujourd'hui une source d'électricité bas-carbone majeure, mais aussi un enjeu de sécurité et de souveraineté aux implications complexes.
Contexte
Le contexte scientifique est marqué par une série de découvertes fondatrices : la radioactivité naturelle (Becquerel, 1896), la structure de l'atome (Rutherford, 1911), et la théorie de la relativité d'Einstein (E=mc²) qui établit l'équivalence entre masse et énergie. Dans les années 1930, la découverte du neutron (Chadwick, 1932) et celle de la fission nucléaire par Otto Hahn, Lise Meitner et Fritz Strassmann (1938) révèlent le potentiel énergétique colossal contenu dans le noyau atomique. Le contexte géopolitique de la Seconde Guerre mondiale et la crainte que l'Allemagne nazie ne développe une arme atomique ont accéléré de manière décisive les recherches, notamment via le projet Manhattan aux États-Unis.
Inventeur
Enrico Fermi, physicien italien lauréat du prix Nobel de physique en 1938 pour ses travaux sur les neutrons lents, est considéré comme l'architecte de la première réaction en chaîne contrôlée. Émigré aux États-Unis pour fuir le fascisme, il dirigea la construction de la première pile atomique (Chicago Pile-1, CP-1) sous les gradins du stade de football de l'Université de Chicago. Son génie expérimental et théorique fut crucial pour démontrer la faisabilité de la maîtrise de l'énergie de fission. D'autres figures clés incluent Leo Szilard (concepteur de l'idée de réaction en chaîne), Werner Heisenberg en Allemagne, et l'équipe française du CEA fondée par Frédéric Joliot-Curie.
Fonctionnement
Dans un réacteur nucléaire civil à fission, le combustible (généralement de l'uranium 235 enrichi ou du plutonium 239) subit des fissions provoquées par l'impact de neutrons. Chaque fission libère de l'énergie thermique, des rayonnements et de nouveaux neutrons qui entretiennent la réaction en chaîne. Cette réaction est contrôlée par des barres de commande (en bore ou cadmium) qui absorbent les neutrons excédentaires. Le cœur du réacteur est refroidi par un fluide (eau, gaz, sodium liquide) qui transporte la chaleur vers un générateur de vapeur. Cette vapeur actionne ensuite une turbine couplée à un alternateur pour produire de l'électricité. La fusion nucléaire, encore au stade expérimental (projet ITER), vise à reproduire les réactions du soleil en fusionnant des isotopes de l'hydrogène à des températures extrêmes (plusieurs millions de degrés).
Evolution
L'évolution est marquée par plusieurs générations de réacteurs. La première (années 1950-60) comprend les prototypes comme la centrale de Shippingport (USA) ou celle de Calder Hall (Royaume-Uni). La deuxième génération (années 1970-2000) regroupe les technologies commerciales matures : Réacteurs à Eau Pressurisée (REP/PWR, dominants dans le monde), Réacteurs à Eau Bouillante (REB/BWR) et les réacteurs canadiens CANDU. La troisième génération (EPR, AP1000) intègre des améliorations de sûreté passive. La quatrième génération, à l'étude, vise une meilleure utilisation du combustible, la réduction des déchets et une sûreté renforcée (réacteurs à neutrons rapides, à sels fondus). Parallèlement, les accidents majeurs (Three Mile Island en 1979, Tchernobyl en 1986, Fukushima en 2011) ont profondément influencé les normes de sécurité et l'opinion publique.
Impact
L'impact de l'énergie nucléaire est multidimensionnel. Sur le plan énergétique, elle fournit environ 10% de l'électricité mondiale (près de 70% en France), offrant une production massive, pilotable et faiblement émettrice de CO2, contribuant à la lutte contre le changement climatique. Militairement, elle a bouleversé l'équilibre géopolitique avec la dissuasion nucléaire et la prolifération des armes. Économiquement, elle nécessite des investissements colossaux mais assure une certaine indépendance énergétique. Sociétalement, elle suscite des débats passionnés sur la gestion des déchets radioactifs à vie longue, les risques d'accidents et la transparence. Elle a également engendré des applications médicales vitales (radiothérapie, imagerie) et industrielles. Son avenir est au cœur des stratégies de transition énergétique, entre espoir dans les nouvelles technologies et rejet par une partie de la société civile.
