Eau lourde
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Vous avez de L'eau lourde est de l’oxyde de deutérium (formule : D2O ou 2H2O). Chimiquement, elle est identique à l’eau normale (H2O), mais les atomes d’hydrogène dont elle est composée en sont des isotopes lourds, du deutérium, dont le noyau contient un neutron en plus du proton présent dans chaque atome d’hydrogène.
Il existe aussi de l’eau semi-lourde (HDO ou H2HO), d'ailleurs en proportion naturelle bien plus importante que l'eau lourde.
Gilbert Newton Lewis isola en 1933 le premier échantillon d’eau lourde pure.
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[modifier] Données physiques
- Température d’ébulition : 101,42 °C (214,56 °F) à pression standard.
- Température de solidification : 3,81 °C (38,86 °F) à pression standard.
- Densité : 1,1079 à pression et température standards. Elle est effectivement plus "lourde".
[modifier] Utilisations
[modifier] Résonance magnétique nucléaire
L’oxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire aussi appelée RMN.
[modifier] Modérateur de neutron
L’eau lourde est utilisée dans certains types de réacteurs nucléaires comme modérateur de neutron dans le but de ralentir les neutrons issus de réactions de fission nucléaire. Les neutrons ralentis ont alors une probabilité plus élevée d'aller provoquer de nouvelles fissions de noyaux d'uranium, permettant ainsi la réaction en chaîne.
Le réacteur CANDU est un réacteur nucléaire à uranium naturel à eau pressurisée utilisant ce système de modération.
L’eau (classique H2O) est aussi capable de ralentir les neutrons d’une réaction de fission. Cependant elle les absorbe trop pour que la réaction puisse s’entretenir d’elle même dans un réacteur à uranium naturel. Toutefois, cette eau normale peut être utilisée si de l’uranium enrichi est utilisé.
[modifier] Détecteur de neutrinos
L’observatoire de Neutrinos de Sudbury SNO (Ontario, Canada) utilise 1000 tonnes d’eau lourde dans une cuve enterrée dans une mine à plus de deux kilomètres sous terre afin d’être protégé des rayons cosmiques. Le SNO détecte l’Effet Tcherenkov produit quand un neutrino traverse l’eau lourde.
[modifier] Considération médicale
L’eau lourde n’est pas considérée comme toxique. Cependant quelques réactions métaboliques nécessitent de l’eau classique, c’est pourquoi la consommation exclusive d’eau lourde peut être considérée comme dangereuse pour la santé.
Des expériences sur des souris ont montré que le principal effet de cette consommation est de réduire le nombre de mitoses, causant progressivement la dégradation des tissus qui nécessitent une rapide régénération. Après plusieurs jours d’ingestion d’eau lourde uniquement, les fluides corporels contiennent environ 50% d’eau lourde. À ce moment, les symptômes commencent à apparaître, dont la réduction des divisions cellulaires, notamment pour les cellules à renouvellement rapide telles que celles des cheveux ou des parois de l’estomac.
De nouvelles thérapies pourraient peut-être utiliser ces effets afin de permettre la rémission de certains cancers. Toutefois aucun résultat n’a encore été publié.
[modifier] Production
Sur Terre, l’eau semi-lourde (HDO) est naturellement présente dans l’eau avec une proportion de 0,03125% soit une molécule pour 3200 molécules d’eau. Elle peut être séparée de l’eau classique par distillation ou électrolyse mais également par divers procédés chimiques d’échange qui exploitent les affinités différentes du deutérium et de l’hydrogène pour différents composés. Ces réactions chimiques sont basées sur la légère différence de poids moléculaire qui produit une légère différence dans la vitesse à laquelle les réactions chimiques se produisent.
Produire de l’eau lourde pure par distillation ou électrolyse exige une grande cascade de distillateurs ou de chambres d’électrolyse et consomme de grandes quantités d’électricité, c’est pourquoi les méthodes chimiques sont généralement préférées.
[modifier] Norvège
Voir l’article Bataille de l'eau lourde.En 1934, Norsk Hydro construit à Vemork, en Norvège, la première installation de production d’eau lourde commerciale, d’une capacité de 12 tonnes par an. Pendant la seconde Guerre mondiale, les alliés décidèrent de détruire l’usine afin d’empêcher l’Allemagne de développer des armes nucléaires. En 1942, un raid de parachutistes anglais échoue dans cette mission, leur planeur s'écrasant près du site. Tous ses membres décèdent dans l’accident ou sont tués par les allemands. En février 1943, un groupe de douze agents britanniques est parachuté en Norvège ; le commando parvient à perturber la production pendant deux mois, en dynamitant les installations.
Le 16 novembre 1943, les alliées larguent plus de quatre-cent bombes sur le site de production, incitant le gouvernement nazi à déplacer en Allemagne toute la production. Le 20 février 1944, un partisan norvégien coule le bac convoyant l’eau lourde sur le lac Tinn (Tinnsjoe en Norvégien). Ce sabotage coûta la vie à quatorze civils norvégiens. L’histoire a servi de fil conducteur au film Les Héros de Télémark produit en 1965 et interprété entre autres par Kirk Douglas.
[modifier] Canada
L’Atomic Energy of Canada Limited (AECL) a conçu un réacteur nucléaire nécessitant de grandes quantités d’eau lourde utilisée en tant que modérateur de neutron et liquide réfrigérant. L’AECL a commandé deux installations de production d’eau lourde qui ont été construites à Glace Bay au Canada Atlantique et à Port Hawkesbury en Nouvelle-Écosse. Ces usines se sont avérées avoir des défauts de conception, construction et production. Par la suite Ontario Hydro a développé le plan eau lourde de Bruce de sorte qu’il ait un approvisionnement interne fiable pour les centrales actuelles et futures. Ces deux unités ont été arrêtées en 1985 quand leur production s’est avérée inutile.
L’installation de production d’eau lourde du comté de Bruce en Ontario était la plus grande usine d’eau lourde du monde avec une capacité de 700 tonnes par an. 340 000 tonnes d’eau normale étaient nécessaires pour produire une tonne d’eau lourde grâce au procédé au sulfure d'hydrogène de Girdler. Cette installation faisait partie d’un complexe qui incluait les 8 réacteurs CANDU qui ont fourni la chaleur et la puissance pour la production d’eau lourde. Les installations ont été construites à Point Douglas dans le comté de Bruce au dessus du lac Huron où elles avaient accès aux eaux des Grands Lacs américains. L’usine de Bruce a été chargée en 1979 de fournir de l’eau lourde afin de satisfaire l’augmentation de la production d’énergie nucléaire en Ontario. Les usines se sont avérées être sensiblement plus efficaces que prévu et seulement trois des quatre unités ont été construites. En 1993 le programme nucléaire d’Ontario Hydro a été ralenti puis arrêté en raison d’une surproduction d’électricité. Une consommation plus parcimonieuse et un recyclage de l’eau lourde ainsi que la surproduction à Bruce a laissé le Canada avec d’important stocks d’eau lourde suffisants pour satisfaire ses futurs besoins. Pour finir, l’usine de Bruce a été fermée en 1997, pour être progressivement démantelée et le site dépollué.
Le procédé de Girdler produit de grandes quantités de sulfure d'hydrogène, soulevant des inquiétudes environnementales en cas de libération dans l’atmosphère. L’AECL recherche actuellement d’autres procédés plus efficaces et plus écologiques pour produire de l’eau lourde. Production essentielle pour les futurs réacteurs CANDU puisque l’eau lourde représente environ 20% de l’investissement financier de chaque réacteur.
[modifier] Inde
L’Inde est le second producteur d’eau lourde du monde grâce a son Heavy Water Board.
[modifier] Autres pays
L’Argentine est un autre producteur déclaré d’eau lourde. La Roumanie quant à elle est un producteur et exportateur.
Vraisemblablement, toutes les nations qui développent des armes nucléaires produisent également de l’eau lourde.
Le Traité de non-prolifération nucléaire impose aux gouvernements signataires un contrôle volontaire, via L'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) de Vienne, sur la production et l'utilisation d'eau lourde, ainsi qu'une protection physique efficace afin de prévenir des vols.
Le plutonium est un sous-produit normal du fonctionnement d'un réacteur à eau lourde, pouvant permettre, après retraitement (raffinage), un programme militaire de fabrication d'armes nucléaires, comme le firent l'Inde, Israël, le Pakistan et la Corée du Nord, pour ne citer que ceux connus ou soupçonnés d'avoir mené leur programme au but.
L'Iran, signataire du traité en 1970 (avant la révolution), possède des usines d'eau lourde et travaille actuellement (2005) sur les technologies permettant la construction et l'exploitation de réacteurs à eau lourde, en plus de ses centrales à eau légère.
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[modifier] Autres
- L'eau lourde joue un rôle important dans quelques films :
- Les Héros de Télémark
- Bon voyage, où les Nazis veulent s'en saisir pour fabriquer une bombe atomique. Voir l'article sur la Bataille de l'eau lourde pour les faits réels de la Seconde Guerre mondiale.
