Atomique-mique-mique ♫♪

Prologue
(pour rappel, le début est ici)

Paul Bismuth me regardait avec l'air consterné.
–Des tonnes d'un produit artificiel et dangereux?

C'est comme les radiations, ça fait saigner des yeux.

 –C'est ce que je viens de dire oui. Je parle du plutonium évidemment. Avant le XXème siècle, il n'existait probablement qu'à l'état de traces infimes sur Terre. Aujourd'hui, ce sont environs 500 tonnes qui se trouvent dans les réserves des différents états nucléarisés. Or cette matière est très dangereuse...
–Bon sang, je savais bien que le nucléaire était une dangereuse invention humaine! Il faut...
–Alors ça par contre non. Stricto sensu, les réactions nucléaires sont naturelles.
–Que... hein? Mais je croyais que... vous venez de dire que c'était dangereux? Je pige plus rien...

Je soupirai en contemplant les hipster qui se saoulaient au smoothie autour de nous.

–Mon pauvre Paul... vous tombez dans ce vieux piège sémantique copieusement utilisé par les grosses entreprises polluantes qui veulent faire du Greenwashing à bon compte. Naturel ne veut pas dire que c'est écologique, ni que c'est sans danger. En l'occurrence, c'est potentiellement TRES dangereux.

Mais si, c'est écolo : ça ne produit pas de CO2 voyons...

–Je... euh... mais... comment ça peut être naturel?



Ah, pour ça, il va falloir détailler un peu le fonctionnement d'un atome tout d'abord.

Avertissement liminaire :  vous vous souvenez d' "Il était une fois la vie..." ? C'était un dessin animé super bien fichu pour expliquer un peu comment fonctionne votre organisme... Pour autant, je suis sûr que personne parmi vous ne s'imagine que ses globules blancs ressemblent à des gentils p'tits bonshommes en combinaison spatiale qui viande des virus à tête de Sarkozy sur fond de musique symphonique...

Regardez bien, Sarko est en bas à gauche...

Et bien les représentations de l'atome que je vais vous présenter, c'est pareil : c'est juste une représentation. Pas la réalité. N'allez donc pas vous imaginer que dans la réalité, un atome ça ressemble à l'un de ces modèles classiques :

Le dernier a ma préférence. De loin.

D'après la physique quantique, la réalité est très différente, et pratiquement impossible à représenter. Mais on s'en fiche, l'important c'est qu'on comprenne comment ça fonctionne, alors les modèles suffiront.


Les atomes, c'est comme le guacamole

Ici un schéma des différentes couches électroniques. Avec un peu de sel, c'est délicieux. Et mélangeant, on obtient un guacamole plasma d'électrons qui... hem. Bon.

Comme on l'a vu la dernière fois, un atome, c'est comme un avocat, il est constitué :

• d'un noyau
• d'une délicieuse chair verte un nuage d'électrons autour

Le noyau est positif, et les électrons sont négatifs, ce qui fait que l'ensemble du bouzin est neutre électriquement parlant. Accessoirement, cela permet le phénomène de l'électricité : les électrons situés à la périphérie peuvent sauter d'un atome à un autre.

Bon, des fois ça merde : le gap énergétique est trop important. On dit que le matériau n'est pas conducteur.

Comme ils emportent leur charge électrique négative, la charge se déplace : c'est le courant électrique. Mais revenons au fameux noyau, car c'est lui qui nous intéresse dans les réactions nucléaires...

–Ah bon? Mais je croyais qu'on voulais produire de l'électricité justement? C'est pas au niveau des électrons que ça se passe?

Oui, mais on ne peut pas chaparder les électrons aux atomes car :

1. c'est compliqué
2. c'est mal, on ne vole pas
3. c'est pas les électrons en eux mêmes qui font le courant, c'est leur mouvement
4. c'est mal, on ne vole pas
5. les nature n'aime pas les déséquilibres : l'atome tend à rester neutre
6. c'est mal, on ne vole pas

Donc, comme dit dans le dernier article, on va juste utiliser une réaction utilisant les forces fondamentales de l'univers et la toute puissance du chaos nucléaire pour... faire bouillir de l'eau. En produisant de la chaleur. Et faire tourner une grosse dynamo avec la vapeur. Voilà voilà. Bon, excusez-moi, je dois aller chercher mon lance-roquettes, j'ai une mouche qui me gonfle.

Hum. Bon, donc : comme on l'a déjà dit, le noyau est lui même composé d'un certain nombre de nucléides. Les nucléides, ce sont les protons et les neutrons qui, en physique des particules, appartiennent à la famille dite des baryons...

–Pourquoi, ils ont une voix grave? Ils chantent bien l'opéra?

Que.... hein? Non, j'ai dit Baryon, par baryton! Cherchez pas, les physiciens inventent toujours des noms à la con. Je vous présente donc Proton et Neutron BARYON.

Oui, le proton est plus souriant. C'est normal, il est toujours positif.

Les protons sont très optimistes : ils sont super positifs tout le temps. Ce qui neutralise la charge négative d'un électron plutôt pessimiste lui...

L'électron... c'est vrai qu'on le sent négatif quand même...

Comme les contraires s'attirent, ils ont tendance à se mettre en couple. Dans un atome, qui est neutre électriquement, il y a donc autant de protons que d'électrons. C'est la parité. Le nombre de protons détermine la nature de l'atome et sa position dans le tableau de Mendeleïev (souvenez-vous).

Les at home et leurs positions. Attendez, euh...

Ce nombre de proton est aussi appelé le Numéro Atomique de l'atome. Pour l'Hydrogène, le plus petit des atomes, c'est le chiffre 1 (1 seul proton). L'Hélium, c'est 2, etc...

Oui, l'hydrogène, c'est un proton célibataire avec son électron à charge.

Les neutrons quand à eux sont neutres. Comme les protons sont de même charge, ils ne s'aiment pas. Ils tendent à se repousser, comme des aimants de même pôle. Où comme les joueurs d'une équipe de foot qui se font des blagounettes du genre sextape, toussa... Les neutrons permettent de diluer les protons, et de maintenir la cohésion du noyau en faisant de gros câlins à tout le monde.

"–Bonjour, je suis un Neutron, et j'adoooooore les câlins!"

Mais des fois, trop de câlins tuent le câlin...

She's a Barbie girl, in a Barbie world : she is a top isotope

Les atomes d'un même élément (une même matière) sont tous identiques. Mais certains le sont plus que d'autre... En effet, le nombre de neutrons n'influe pas sur la nature d'un atome : ainsi, un même élément peut présenter des atomes qui auront tous le même nombre de protons (sinon, ça n'est plus le même élément) mais un nombre différent de neutrons : un peu plus pour certains, un peu moins pour d'autres.

Ces deux atomes d'Uranium sont identiques, mais l'un des deux a un peu plus de neutrons.

On parle alors de lutte de classes d'isotopes : même matière, même propriétés chimiques, mais masse légèrement différente (bin oui, qui dit plus de neutrons, dit atome plus lourd rondeurs pleines de charme).

Le deutérium : un isotope compatible avec les Manif' pour tous...

Si le nombre de neutrons n'affecte pas les propriétés chimiques de l'atome (capacité à se lier à Ken d'autres atomes, couleur, conductivité électrique, etc...), le nombre de neutrons a en revanche un effet sur sa masse, et peut aussi avoir un effet sur la stabilité du noyau, c'est à dire sur sa capacité à nous les se briser... C'est normal : plus on est de fous, plus on rit. Certains isotopes sont moins stables que d'autres. Ceux qui sont instables ont tendance à se désintégrer...

Non, pas comme ça.

 ... c'est à dire à émettre des rayonnements (neutrons, électrons, etc...) pour se transformer en atomes plus stables. Ces isotopes radioactifs sont appelés Radio-isotopes. Cette désintégration peut se faire de deux façons :

1. par transmutation ou désintégration β
   

   

   "–Transmutation!"

2. par fission (en langage de physicien, ça veut dire "brisure") nucléaire

   

   "–Cassé l'atome, cassé!"

La désintégration pour les Bêta

Mais non, j'ai dit Bêta!

Si vous avez bien lu le dernier article, les rayons Bêta ça doit vous dire vaguement quelque chose. En pratique, on parle de désintégration β (β+ ou β-) quand un atome instable se transmute en un autre en balançant un lepton à la cantonade.

–Hein? Il balance du thé?
 
J'ai lepton, pas Lipton. Les leptons, c'est comme ça que les physiciens appellent les particules de la famille des électrons. Je vous l'ai déjà dit, ce sont de gros déconneurs les physiciens. Dans le cas présent, les leptons considérés ce sont l'électron (β-) et le positron (c'est la version antimatière de l'électron, de charge positive d'où le terme de β+.

–Bon mais la transmutation... c'est pas un truc d'alchimiste ça? Le plomb en or, toussa...

Si. Carrément. Et à l'arrivé de la théorie atomiste, à la fin du XIXème siècle, beaucoup de physiciens pensaient que la transmutation était de fait impossible. Mais en fait si... sous certaines conditions. C'est à dire pas sous forme d'opérations chimiques comme le pensaient les alchimistes : il s'agit d'une réaction nucléaire, naturelle ou provoquée.

–Donc on peut vraiment changer le plomb en or?

Techniquement c'est faisable, mais l'opération nécessite de gros moyens et pas mal d'énergie. Donc aucun intérêt sur le plan financier, d'autant que l'or obtenu pourrait fort bien s'avérer radioactif... Mais revenons à nos leptons.

Quand un isotope est instable, mal dans sa peau, il faut qu'il change pour se sentir mieux. Et du coup, parfois, l'un de ses neutrons décide de faire son coming out : il dit qu'en fait il s'est toujours senti proton dans l'âme, et décide qu'il va entamer sa transition.

"–Oh bon sang! Une charge positive!!!"

Comme un neutron c'est neutre, merci M. de La Palisse, pour devenir proton positif, il faut qu'il se débarrasse d'une charge négative, c'est à dire un électron. Donc une radiation β-. Au passage il largue aussi une particule qu'on appelle neutrino (ça c'est pour équilibrer l'équation), mais pour notre explication, on s'en cogne du neutrino.

L'électron (β-) se barre à gauche, le neutrino à droite.

Si vous avez bien suivi ce que je vous ai dit jusqu'ici : notre isotope se retrouve donc avec un neutron en moins, mais un proton en plus (ou plusieurs si plusieurs neutrons font leur transition). Il s'est donc transmuté en un atome différent. Par exemple, l'Hélium 6 (2 protons et 4 neutrons) a tendance à se transformer en Lithium 6 (3 protons et 3 neutrons), plus stable. De la même façon, l'Uranium 239 a tendance à se transformer en Plutonium 239.

La désintégration β+ c'est la même chose, sauf que cette fois, c'est le proton qui ne se sent pas bien avec sa charge positive. Il veut explorer son côté neutre, et pour se faire, il se débarrasse d'une charge positive sous forme d'un anti-électron (ou positron, β+) et la encore d'un  fucking neutrino dont on se contrebalance. Ce faisant, notre brave proton devient un neutron, et notre isotope devient donc un autre atome avec un proton en moins. Par exemple, le Fluor 18 (9 protons, 9 neutrons) a tendance a se transmuter en Oxygène 18 (8 protons et 10 neutrons).

Ça, c'était pour les désintégrations β. Passons à la fission...

Fission impossible

"–Bonjour Jim, votre fission si vous décidez de l'accepter..."

A l'exception de l'Hydrogène, qui est déjà l'élément le plus simple, tout atome peut fissionner, c'est à dire se briser. Certains le font naturellement pour des raisons d'instabilité émotionnelle. Pour d'autres, plus stables, le seul moyen d'y parvenir est d'y aller à la bourrin, et de leur balancer une particule dans la mouille pour les éparpiller façon puzzle, ce qui peut se faire avec un accélérateur de particules par exemple.

"–Prends ça sale isotope de mes deux!"

Le principe est simple comme des légo : vous prenez un gros machin constitué d'un certain nombre de brique, et vous le démontez pour récupérer les briques pour former des bidules constitués chacun de moins de briques.

–Euh...

Ok. Prenons un exemple : l'Hélium 6 dont j'ai déjà dit qu'il avait tendance à se transformer en Lithium 6. Des fois, cette transformation elle ne lui plaît pas.

Ne me demandez pas pourquoi, c'est comme ça : l'Hélium 6 est un gros capricieux. Au lieu de ça, il préfère se casser en deux pour former de l'Hélium 4 et du Deutérium (grâce à un neutron qui fait sa transition β- au passage).

L'épisode n'évoque que les noyaux. La garde des électrons sera réglée par le juge

Outre les  noyaux issus de la désintégration, et d'éventuelles radiations produites durant l'opération, ce phénomène produit de la chaleur. C'est peut être un détail pour vous, mais pour Areva ça veut dire beaucoup ♫♪ car c'est cette chaleur qui nous intéresse dans un réacteur nucléaire.

Les particules aussi ont leur période

Fabrication d'un Tompox®

La plus ou moins grande capacité de chaque isotope à se désintégrer, quelle que soit sa méthode préférée, est caractérisé par sa Demi-Vie...

"–Meurs, pourriture d'isotope zombie!"

... ou Période Radioactive, c'est à dire le temps nécessaire pour que la moitié des atomes de l'isotope concerné se désintègrent et arrêtent donc de faire les cons. Accessoirement, c'est le temps nécessaire pour que la radioactivité émise diminue de moitié. Attention : ça ne veut pas dire que la matière n'est plus dangereuse au terme de sa demi-vie, juste qu'elle l'est moitié moins.

–Mais donc au bout de deux demi-vies, c'est ok?

Bin, non, même pas. On divise encore par deux : ça sera un quart de la dangerosité initiale. Et ainsi de suite. Pour dire qu'il n'y a plus de danger, on se basera donc sur le temps nécessaire pour la radioactivité ne dépasse plus les doses admissibles. Et ça peut être long : la demi-vie de certains éléments se compte en milliers d'années! D'autant que souvent, la désintégration d'un élément n'aboutit pas à un élément stable, mais à un élément lui même instable et radioactif, qui va se désintégrer à son tour, et ainsi de suite... On appelle cela des chaînes de désintégration, ou encore des désintégrations en cascade. Du coup, les Périodes radioactives cumulées peuvent finir par être longues. Très longues...

Ainsi, certains radio-isotopes produits dans les réacteurs nucléaires peuvent être dangereux pendant plus de 100.000 ans.

–100... 1000?

Oui. Cent mille ans. Cent fucking millénaires! Je rappelle que notre espèce, l'Homo Sapiens Sapiens existe depuis grosso modo depuis 75 000 ans. A titre d'exemple, si les égyptiens antiques avaient eu des centrales nucléaires et utilisé les pyramides pour stocker leurs déchets, 7000 ans plus tard les égyptologues auraient été frappés par une malédiction des Pharaons qui leur aurait brûlé les chairs, fait perdre dents et cheveux, et liquéfié leurs organes en quelques heures ou quelques jours. Autant dire un truc qui a de la gueule en termes de malédiction.

Mais je ne doute pas qu'Areva sera encore là dans 100 000 ans pour éviter ce genre de boulette... hein? Hein? Chut. Oui. Ça va bien se passer.


C'est la nature. Ou les haricots, je ne sais pas...

Je sais, ça envoie du rêve.

Ces réactions nucléaires de désintégrations se produisent d'elles-mêmes dans la nature, de façon ponctuelle. Et il existe même des réacteurs nucléaires naturels!

Alors oui, bon, c'est quelque chose de naturel. Mieux : le soleil lui-même n'est qu'un gros réacteur à fusion nucléaire (oui, je n'ai pas encore détaillé la fusion, mais j'y reviendrai un fois prochaine, à chaque jour suffit sa peine). Mais c'est pas une raison pour coller des centrales nucléaires partout.

–Bah pourquoi? Si c'est naturel, où est le danger?

Pour rappel, le pétrole est une substance naturelle aussi à la base...

Je vous épargne les images d'animaux mazoutés, hein...

Le mercure et l'arsenic aussi si on va par là... Évidemment, c'est une question de dose.

Le nucléaire, c'est un peu pareil. La plupart des radio-isotopes existent dans la nature. MAIS, beaucoup d'entre eux sont rares, voir rarissimes, car ils sont arrivés sur terre lorsque celle-ci s'est formée il y a 4,5 milliards d'années. Du coup, de par leur Période radioactive, beaucoup de ces éléments se sont complètement désintégré au fil du temps, ne subsistant qu'à l'état de traces. Ainsi la radioactivité naturelle sur Terre est suffisamment faible pour permettre la vie. Cette radioactivité naturelle est peut être même bénéfique puisqu'elle pourrait être en partie responsable de l’Évolution et de la biodiversité, en favorisant quelques mutations ponctuelles.

Ouhla! Oui mais là non quand même...

Le soucis, c'est que les réacteurs nucléaires produisent des radio-isotopes, comme le plutonium par exemple, qui sont extrêmement toxiques, pendant des durées relativement longues. Et pas qu'un peu : des centaines de tonnes. Et ces isotopes génèrent une radioactivité très supérieure à la radioactivité naturelle : des doses mortelles...
Et ces cochonneries, il va bien falloir les stocker quelque part, pendant des milliers d'années, car on ne sait pas les éliminer.

–Mais pourquoi s'entêter alors? C'est débile... Il n'y a pas moyen de faire du nucléaire sans déchets? Sans plutonium?

Sans déchets... non. Avec des déchets de plus courte durée de vie et sans plutonium, si.

–Et bin alors? Pourquoi on ne le fait pas?

Et bien le soucis, c'est que ce plutonium présente un intérêt. Un intérêt... militaire. Il existe bien des filières non productrices de plutonium, mais elles n'ont pas été privilégiées, principalement pour des raisons stratégiques. Et c'est dommage, car en plus, nos centrales classiques, productrices de plutonium, sont plus susceptibles de connaître des accidents graves...

A suivre...