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La criticité désigne l'état d'un système nucléaire - par exemple un réacteur ou une installation manipulant des matières fissiles - dans lequel une réaction de fissionfission en chaîne est maintenue de manière stable, contrôlée ou non. Cette notion repose sur le facteur de criticité Keff (k), qui représente le rapport du nombre de neutrons entre deux générations successives. La criticité d'un système dépend de ce facteur, selon trois états possibles :
1. Sous-critique (k < 1) : Le nombre de fissions diminue à chaque génération de neutrons. La réaction en chaîne s'éteint progressivement, le système n'est donc pas auto-entretenu.
2. Critique (k = 1) : La réaction de fission est stable. Chaque fission génère en moyenne un neutron capable de provoquer une nouvelle fission, maintenant un taux constant de fissions. C'est l'état normal et recherché dans un réacteur nucléaire en fonctionnement stable.
3. Surcritique (k > 1) : Le nombre de fissions augmente de manière exponentielle, ce qui peut entraîner une réaction en chaîne incontrôlée et dangereuse. Cet état est instable et peut conduire à des accidentsaccidents graves.
Criticité : La prévention, nerf du nucléaire
Le risque de criticité dans le domaine du nucléaire se réfère à la probabilité de réunir les conditions propices à l'amorçage et à l'entretien d'une réaction de fission en chaîne non contrôlée. Ces conditions sont liées à plusieurs facteurs : la quantité et la géométrie des matières fissiles (comme l'uranium ou le plutonium), la présence de modérateurs (comme l'eau) ou de poisons neutroniques (matériaux absorbant les neutrons), et les caractéristiques neutroniques du système.
La préventionprévention des risques de criticité doit garantir la sous-criticité (k < 1) dans les installations où sont manipulées des matières fissiles, qu'il s'agisse de réacteurs, de laboratoires ou de transports de ces matières. Cela implique :
- Le contrôle strict de la masse et de la concentration de matières fissiles.
- La gestion des configurations géométriques des dispositifs contenant ces matières pour éviter les conditions favorables à une réaction en chaîne.
- L'utilisation de poisons neutroniques et d'autres dispositifs d'absorptionabsorption de neutrons pour limiter les fissions.
- La mise en place de systèmes de détection et d'alarme pour signaler tout risque.
Des accidents rares, mais gravissimes
Un accident de criticité survient lorsqu'une réaction en chaîne incontrôlée se déclenche dans une installation nucléaire. Cela se traduit par un dégagement d'énergieénergie sous forme de chaleurchaleur, et l'émissionémission de neutrons et de rayonnements gamma. Ces accidents sont rares mais extrêmement dangereux, car ils peuvent provoquer des irradiationsirradiations fatales pour les personnes à proximité. Depuis 1945, seulement une soixantaine d'incidents de la sorte ont été recensés dans le monde.
Les études de criticité visent à définir les paramètres à respecter pour garantir la sous-criticité et prévenir tout déclenchement d'une réaction en chaîne accidentelle. Ces études impliquent :
- La modélisationmodélisation des phénomènes neutroniques dans les systèmes nucléaires.
- L'analyse du comportement des neutrons et leur interaction avec la matière fissile.
- L'évaluation des marges de sécurité par rapport aux situations normales, incidentelles et accidentelles.
La criticité renvoie donc à la capacité d'un système à maintenir une réaction de fission en chaîne. La gestion de ce phénomène est essentielle pour assurer la sécurité des installations nucléaires et éviter les accidents.
