“reuss” — 2007/1/9 — 17:32 — page 59 — #73
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2 - La genèse de l’énergie nucléaire
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glissés les barreaux d’uranium). Hormis les possibilités de refroidissement, le premier paramètre conditionne l’« autoprotection » des résonances de l’uranium 238 dans le domaine
des neutrons épithermiques (intermédiaires entre les neutrons rapides de la fission et les
neutrons thermalisés), c’est-à-dire l’intensité effective de la capture des neutrons dans ces
résonances ; le second paramètre conditionne le « rapport de modération » (volume de
graphite divisé par le volume d’uranium) : il faut trouver l’optimum entre un rapport trop
petit pour lequel les neutrons, mal ralentis, disparaissent trop dans les captures stériles
par les résonances de l’uranium 238 et un rapport trop grand pour lequel les neutrons
thermiques disparaissent trop dans les captures stériles par le graphite.
Les principales inconnues sont, d’une part, le facteur η de l’uranium 235 (nombre
moyen de neutrons émis par fission lorsque ce noyau absorbe un neutron) difficile à mesurer avec précision et, d’autre part, les nombreuses résonances. Comme l’avait déjà montré Fermi, ces dernières peuvent être caractérisées globalement et approximativement par
deux paramètres A et B :
I eff A + B
S u /M u
ou
I eff A + B S u /M u ,
formules dans lesquelles S u et M u sont la surface et la masse des barreaux d’uranium.
Des mesures de capture résonnante par Eric Hellstrand avaient fourni des valeurs de A
et B.
Mais, pour déterminer plus précisément les trois paramètres η, A et B, une expérience
critique, Marius, similaire à la pile de Fermi, fut montée à Marcoule en 1960 (et par la
suite déplacée à Cadarache) : par un jeu de mécano on pouvait réaliser différents pas, et
on pouvait charger du combustible de différents diamètres. En combinant ainsi diverses
configurations, on a pu ajuster avec précision les valeurs numériques de η, A et B. Pour
explorer un plus grand nombre de configurations, les physiciens mirent au point une technique expérimentale dite de « substitution progressive » consistant à remplacer le réseau
de référence par le réseau étudié dans une petite partie centrale d’un cœur au réseau de
référence ; cela évite d’avoir à constituer systématiquement un cœur complet.
La pile Marius n’explorait que les réseaux à température ambiante ; comme les trois
paramètres que nous évoquions dépendent de la température, on construisit, à Cadarache,
à côté de Marius, la pile César pouvant être chauffée à quelques centaines de degrés de
façon à explorer la plage des températures des réacteurs de puissance (divergence : 1964).
Pour l’exploration des filières à eau lourde et à eau ordinaire, des expériences similaires
furent réalisées. Par exemple, Minerve divergea à Fontenay-aux-Roses le 29 septembre
1959 (cette pile sera par la suite déplacée, elle aussi, à Cadarache).
• Les développements analytiques
L’exemple de la méthode de substitution progressive montre que les expériences ne sont
pas de simples réalisations matérielles mais mettent aussi en œuvre, tant pour leur conception que pour leur interprétation, des développements théoriques importants.
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glissés les barreaux d’uranium). Hormis les possibilités de refroidissement, le premier paramètre conditionne l’« autoprotection » des résonances de l’uranium 238 dans le domaine
des neutrons épithermiques (intermédiaires entre les neutrons rapides de la fission et les
neutrons thermalisés), c’est-à-dire l’intensité effective de la capture des neutrons dans ces
résonances ; le second paramètre conditionne le « rapport de modération » (volume de
graphite divisé par le volume d’uranium) : il faut trouver l’optimum entre un rapport trop
petit pour lequel les neutrons, mal ralentis, disparaissent trop dans les captures stériles
par les résonances de l’uranium 238 et un rapport trop grand pour lequel les neutrons
thermiques disparaissent trop dans les captures stériles par le graphite.
Les principales inconnues sont, d’une part, le facteur η de l’uranium 235 (nombre
moyen de neutrons émis par fission lorsque ce noyau absorbe un neutron) difficile à mesurer avec précision et, d’autre part, les nombreuses résonances. Comme l’avait déjà montré Fermi, ces dernières peuvent être caractérisées globalement et approximativement par
deux paramètres A et B :
I eff A + B
S u /M u
ou
I eff A + B S u /M u ,
formules dans lesquelles S u et M u sont la surface et la masse des barreaux d’uranium.
Des mesures de capture résonnante par Eric Hellstrand avaient fourni des valeurs de A
et B.
Mais, pour déterminer plus précisément les trois paramètres η, A et B, une expérience
critique, Marius, similaire à la pile de Fermi, fut montée à Marcoule en 1960 (et par la
suite déplacée à Cadarache) : par un jeu de mécano on pouvait réaliser différents pas, et
on pouvait charger du combustible de différents diamètres. En combinant ainsi diverses
configurations, on a pu ajuster avec précision les valeurs numériques de η, A et B. Pour
explorer un plus grand nombre de configurations, les physiciens mirent au point une technique expérimentale dite de « substitution progressive » consistant à remplacer le réseau
de référence par le réseau étudié dans une petite partie centrale d’un cœur au réseau de
référence ; cela évite d’avoir à constituer systématiquement un cœur complet.
La pile Marius n’explorait que les réseaux à température ambiante ; comme les trois
paramètres que nous évoquions dépendent de la température, on construisit, à Cadarache,
à côté de Marius, la pile César pouvant être chauffée à quelques centaines de degrés de
façon à explorer la plage des températures des réacteurs de puissance (divergence : 1964).
Pour l’exploration des filières à eau lourde et à eau ordinaire, des expériences similaires
furent réalisées. Par exemple, Minerve divergea à Fontenay-aux-Roses le 29 septembre
1959 (cette pile sera par la suite déplacée, elle aussi, à Cadarache).
• Les développements analytiques
L’exemple de la méthode de substitution progressive montre que les expériences ne sont
pas de simples réalisations matérielles mais mettent aussi en œuvre, tant pour leur conception que pour leur interprétation, des développements théoriques importants.