Histoire de l'atome

La nature invente le premier réacteur nucléaire

C'est à Oklo au GABON que la nature a inventé le premier réacteur nucléaire il y a 1,5 milliard d'années. C'était un tout petit réacteur dont la puissance n'excédait  pas 25 kW. La réaction en chaîne s'est maintenue pendant environ 600000 ans. 

Les hommes s'intéressent à l'atome

Ce n'est que beaucoup plus tard que des philosophes grecs  ont l'intuition de l'atome.  Démocrite  le premier enseigne qu'il y a une limite à la division des corps et énonce le mot atome. Leucippe, lui considère l'être comme un tout formé par une infinité d'atomes. Quant à Epicure il attribue la naissance du monde à une violente concentration d'atomes.

Au XIX eme siècle l'hypothèse des atomes est confirmée grâce aux travaux de scientifique

C'est au XIX eme siècle que des physiciens et des chimistes reprennent cette intuition pour expliquer les   propriétés des corps. La théorie atomique moderne est née des travaux (1803) du physicien et chimiste anglais John Dalton. En 1811 l'Italien Avogadro établit une distinction entre les atomes et les molécules. Le chimiste français Faraday dés 1833 admet implicitement dans ses travaux "l'hypothèse atomique", qui commence alors à s'imposer en chimie. Quelques années avant (1818) Un premier système de poids atomiques et de symboles des atomes est élaboré par le Danois Berzélius. Le savant russe Mendeleiev met au point un système de classification de tous les éléments chimiques connus, par masse atomique croissante.

C'est Becquerel en 1896 qui découvre  la radioactivité et marque la naissance de la physique nucléaire proprement dite.

Poursuivant ces travaux Pierre CURIE et Marie CURIE SKLODOWSKA isolent de plusieurs tonnes de pechblende (minerai d'uranium) le polonium et le radium (décembre 1898) tous deux émetteurs alpha

 

Au début du XXeme siècle les découvertes se multiplient

Albert Einstein énonce sa célèbre formule en 1905.On retrouve le mathématicien à tous les moments clé de l'histoire de l'atome au XXe siècle. Quelques années plus  tôt (1903) Ernest Rutherford et Soddy établissent la théorie des réactions nucléaires. En 1912, Niels Bohr, jeune physicien Danois, précise le "modèle" que Rutherford a mis au point. Il propose le premier modèle de l'atome. Bothe et Becker en Allemagne, Chadwick en Grande-Bretagne, Irène et Frédéric Joliot-Curie en France, conduisent de 1930 à 1932 une série d'expériences qui amènent la découverte du neutron.  Hahn et Strassmann et Lise Meitner découvrent en 1938 la fission des atomes lourds sous l'action des neutrons. Quatre ans plus tôt Avec sa femme Irène, fille de Marie Curie, Frédéric Joliot avait découvert la radio-activité artificielle.Ce dernier en 1939 poursuit ses recherches avec  son équipe (Kowarski, Von Halban)  au Collège de France. Ils découvrent que la fission des noyaux d'uranium s'accompagne de l'émission de trois neutrons en moyenne, et imaginent le principe de la réaction en chaîne. Ils découvrent également que l'eau lourde (D2O) peut servir de modérateur. Ils déposent un premier brevet sur la production d'énergie nucléaire.

La seconde guerre mondiale encourage les recherches à des fins militaires

La seconde guerre mondiale a joué un rôle capital dans le développement de l'énergie nucléaire. l'Allemagne a mis au point un réacteur, constitué de blocs d'uranium plongés dans un bac d'eau lourde. Pour éviter qu' Hitler ne développe les applications militaires de l'énergie nucléaire, l'équipe française fait acheter en Norvège tout le stock d'eau lourde disponible et le met à l'abri en Grande-Bretagne. C'est la "bataille de l'eau lourde". En 1940, l'avance des troupes allemandes disperse l'équipe française : les recherches continuent alors aux Etats-Unis. Dés 1941, par crainte de voir l'Allemagne mettre au point une nouvelle arme qui lui assurerait la domination du monde, plusieurs physiciens émigrés dont Einstein, interviennent auprès du président Roosevelt et évoquent la possibilité de doter les Etats-Unis d'une arme nucléaire. Le programme "Manhattan" est ainsi lancé. On étudie alors les différentes voies possibles pour obtenir une réaction en chaîne explosive. Les meilleurs savants américains se mettent au travail dans deux directions :

  - séparation de l'isotope 235 de l'uranium pour obtenir des matières fissiles très pures et construction d'usines de séparation isotopique

- production d'un corps fissile nouveau : le plutonium 239, dans des réacteurs nucléaires spéciaux.

Le programme Manhattan aboutit aux explosions d'Hiroshima (uranium), et de Nagasaki (plutonium), en août 1945, qui mettent fin à la seconde guerre mondiale.

 

En 1942 la première expérience de nucléaire civil

Le physicien Fermi démontre le premier la possibilité d'entretenir une réaction en chaîne. Il construit à l'Université de Chicago un réacteur constitué d'un empilement de cubes de graphite et de barres d'uranium. La "pile de Fermi" diverge le 2 décembre 1942 : la reaction en chaîne est entretenue pendant quelques minutes.

C'est en 1951, aux Etats-Unis que la première électricité d'origine nucléaire est produite : les américains mettent au point le premier réacteur expérimental du monde à la station d'essai d'ARCO dans l'Idaho. "EBR 1" est un réacteur à neutrons rapides : il entraîne un alternateur d'une puissance de 100 kW.
En 1954, le Congrès américain approuve la construction de cinq réacteurs prototypes, mettant en œuvre des filières différentes : eau bouillante, modération au graphite et refroidissement au sodium, surgénérateur... C'est le début du développement industriel de l'énergie nucléaire aux Etats-Unis. 

Ce sont les soviétiques qui, en 1954, mettent en service à Obninsk la première centrale nucléaire de puissance significative. Elle produit 5 MW, utilise comme combustible de l'uranium enrichi à 5% et comme modérateur du graphite. Ce réacteur est le précurseur de la filière RBMK,
En France, le nucléaire connaît une évolution similaire. En 1945 est créé le Commissariat à l'Energie Atomique (CEA), qui entreprend aussitôt la construction de plusieurs réacteurs d'essai. Le premier d'entre aux, la pile ZOE, diverge au Fort de Chatillon, dans la région parisienne, dès 1947.
En 1956 est mis en service à Marcoule le réacteur G1, premier réacteur français producteur d'électricité, d'une puissance de 40 MW. Deux autres réacteurs, G2 et G3, suivent en 1959 et 1960. Ils conduisent à la mise au point de la filière uranium naturel-graphite-gaz (UNGG), première filière choisie par la France pour son équipement en centrales.


L'âge industriel

Au milieu des années 1960, l'énergie nucléaire aborde une ère d'industrialisation rapide, notamment aux Etats-Unis et en Europe. La crise de 1973 et la hausse brutale du prix du pétrole viennent encore renforcer la tendance : pour préserver leur indépendance économique, la plupart des pays industrialisés accélèrent alors études et réalisations.
Dans le même temps, les craintes liées à l'exploitation de l'énergie nucléaire font naître dans une fraction de l'opinion publique des pays concernés une opposition plus ou moins vive. Certains d'entre eux stoppent alors leur programme (Suède, Autriche), ou le ralentissent (Etats-Unis). D'autre, au contraire, poursuivent un équipement rapide (France, URSS, Japon).
Début 1997 32 pays possèdent un parc électronucléaire de 441 réacteurs de puissance en service.Ce parc produit 2406 twh c'est à dire environ 18 % de la production mondiale d'électricité. Le Conseil Mondial de l'énergie prévoit un doublement de la capacité de production d'électricité d'origine nucléaire d'ici 2020