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Bonjour à tous ! Hello everybody!

Aujourd'hui on va parler de la différence qui existe entre la fusion et la fission nucléaire. Today we are going to talk about the difference

Dans cette vidéo je ne vais pas du tout aborder la question de la différence d'impact In this video, I won't cover at all

technologique, environnementale ou économique. technological, environmental, or economic impact.

Je voudrais juste me concentrer sur la différence de phénomènes physiques qu'il y a entre les deux. I will only focus on the differences

Parce qu'il y a quand même un truc paradoxal dans cette histoire. Because there's still a paradoxical thing in this matter.

Je peux produire de l'énergie en prenant deux atomes et en les fusionnant, I can produce energy by taking two atoms and fusing them,

mais si je peux produire aussi de l'énergie en prenant un atome et en le fissionnant, but I can also produce energy by taking an atom

pourquoi je ne fais pas l'un puis l'autre alternativement ? why can't I do one and then the other alternatively?

Je fusionne, je fissionne, je fusionne, je fissionne etc... Fusion, fission, fusion, fission, etc...

Et puis comme ça on produirait de l'énergie gratuite, illimitée et sans consommer une seule ressource. And consequently, produce free, unlimited energy

Et puis on pourra faire du mouvement perpétuel aussi tant qu'on y est. Then we'd be able to do perpetual motion too while we're at it.

Évidemment tout ça, ça ne marche pas et on va essayer de comprendre pourquoi. Obviously all that doesn't work and we're going to try to

La première chose qu'il faut comprendre c'est que quand on parle de produire de l'énergie, First thing we need to understand is that when we talk about producing

en fait c'est un terme incorrect. in fact that's an incorrect term.

On ne produit pas de l'énergie, on l'extrait. We don't produce energy, we extract it.

Pour comprendre ça on peut prendre l'exemple d'une centrale hydroélectrique To understand this, we can take the example of an hydroelectric plant

qui serait située au niveau d'un barrage l'eau s'écoule du haut vers le bas which would be at the level of a water dam flowing from the top to the bottom

et on en profite pour faire tourner une turbine et produire de l'électricité

et en faisant ça on n'a pas produit de l'énergie on a juste récupéré, extrait and in doing that, we don't produce energy, we've just

l'énergie qui était contenu dans l'eau du fait de sa position élevée. energy that was contained in the water due to its elevated position.

C'est ce qui s'appelle l'énergie potentielle de pesanteur. That's what we call gravitational potential energy.

L'eau est passée d'un état d'énergie élevé à un état d'énergie plus faible, Water is passed from an elevated state of energy to a lower state of energy,

et nous on a récupéré la différence, du moins une partie de la différence. and we've taken the difference, at least a part of the difference.

Dans une combustion il se passe exactement la même chose. In a combustion, the exact same thing happens. If you

Si vous prenez du gaz par exemple du méthane, et que vous le faites brûler.

Vous avez une réaction chimique qui transforme les molécules de gaz en eau et en gaz carbonique. You have a chemical reaction that transforms the gas molecules into

Et l'énergie chimique dans la molécule de méthane est plus élevée And the chemical energy in the methane molecule is higher than

que celle qui est contenue dans l'eau et le CO2.

Donc on a pu extraire la différence sous forme de chaleur. So we could extract the difference in the form of heat.

En bref, produire de l'énergie c'est prendre un truc qui est dans un état d'énergie élevée, Basically, producing energy is taking a thing that's in a state of

et le mettre dans un état d'énergie plus faible en récupérant la différence. and putting it in a lower state of energy retrieving the

Maintenant qu'on a compris ça on peut regarder le cas de la fission nucléaire. Now that we understood that, we can look at the case of

Pour faire de la fission il vous faut un gros atome que vous allez casser en deux. To do fission you'll need a large atom that you'll break

Petit rappel avant de rentrer dans le vif du sujet, Little reminder before going into the heart of the matter,

un atome ce sont des électrons qui tournent autour d'un noyau. an atom is formed of electrons that turn around a nucleus.

Les électrons aujourd'hui on va un peu les oublier. Electrons will kind of be forgotten today.

Le noyau, lui, est fait de protons et de neutrons. The nucleus is made of protons and neutrons.

Le nombre de protons détermine la nature de l'atome, c'est à dire son nom The number of protons determines the nature of the atom, its name

et sa position dans le tableau de Mendeleïev. and its position in the periodic table.

Par exemple un noyau avec 12 protons, c'est du magnésium. For example a nucleus with 12 protons is magnesium.

Les neutrons, en général, il y en a à peu près autant que de protons voir un chouïa plus There are usually as many neutrons as protons, or even a tiny bit

Et si on fait la somme protons, plus neutrons, on a la masse atomique du noyau And if we take the sum of protons plus neutrons we have the atomic mass of the nucleus

qui est le numéro qu'on place après le nom de l'atome. which is the number we put after the name of the atom.

Par exemple 12 protons et 12 neutrons c'est du magnésium 24. For example 12 protons and 12 neutrons is magnesium-24.

Et en général il existe plusieurs variantes pour chaque atome. And there generally are several variants for each atom. For example

Par exemple on trouve aussi du magnésium 25, 12 protons et 13 neutrons et du magnésium 26,

12 protons, 14 neutrons. 12 protons, 14 neutrons.

Voilà pour la manière dont on nomme les noyaux. There's the way in which we name the nuclei.

Maintenant revenons à la fission. On a dit qu'il nous fallait un gros atome. Now let's return to fission. We said we needed a large atom.

Par exemple un atome d'uranium 235, on peut le casser pour obtenir For example a uranium-235 atom, we can break it to obtain a

un atome de baryum et un atome de krypton.

La raison qui fait que ça produit de l'énergie The reason why this produces energy

c'est que l'énergie contenue dans le noyau d'uranium elle est plus élevée is that the energy contained in the uranium nucleus is higher

que celle contenue dans les noyaux de baryum et de krypton pris ensemble. than that in the barium and krypton nuclei together.

Et à cause de cette différence d'énergie la réaction de fission produit de la chaleur. Because of this energy difference, the fission reaction

Qu'on peut récupérer par exemple pour faire de l'électricité. That we can recover for example, for making electricity.

Je vous ai donné l'exemple de la fission de l'uranium en baryum et krypton, I gave you the example of fission from uranium into barium and krypton,

mais des réactions de fission pour l'uranium 235 but plenty fission reactions for uranium-235

en fait il y en a plein d'autres et elles se produisent toutes à des degrés divers. do in fact exist, and they're all produced at different degrees.

Mais un point important qu'il faut avoir en tête, c'est que ces réactions de fission But an important point to keep in mind is that these fission reactions,

ne se produisent pas toute seules. Il faut provoquer la fission They aren't produced all alone. You have to provoke fission

en faisant absorber à l'atome d'uranium un neutron.

Et le truc qui fait que ça marche, And the thing that makes this work,

c'est que la fission elle va aussi émettre des neutrons. Elle va en émettre 3 is that fission will also emit neutrons. It will emit 3 ones

qui vont pouvoir à leur tour aller taper d'autres noyaux et provoquer d'autres fissions that will be able to in turn go hit other neutrons and provoke other

et ainsi de suite. and so on.

Et c'est ça qui provoque le phénomène de réaction en chaîne. And this is what provokes the chain reaction phenomenon.

Si ces neutrons n'étaient pas émis, la réaction ne pourrait pas s'auto-entretenir. If these neutrons weren't emitted, the reaction wouldn't sustain itself.

On voit donc que pour avoir une réaction en chaîne et donc pour avoir We see therefore that to have a chain reaction and to have

la possibilité d'extraire de l'énergie par fission nucléaire, the possibility of extracting energy by nuclear fission, the reaction

la réaction doit avoir des caractéristiques très particulières,

cette capacité à absorber et émettre des neutrons.

Et il n'y a que très peu de noyau qui ont les bonnes caractéristiques. And there are just very few nuclei that have the right characteristics.

Il n'y a essentiellement que l'uranium 235 et le plutonium 239. There's essentially only uranium-235 and plutonium-239.

L'uranium 235 on le trouve à l'état naturel mais seulement en très petite quantité. Uranium-235 occurs naturally but only in a very little quantity.

La majorité de l'uranium naturel est en fait de l'uranium 238 qui n'a pas les bonnes propriétés. The majority of natural uranium is in fact uranium-238

Et c'est pour ça qu'on est obligé d'avoir un processus pour centrifuger l'uranium And that's why we need to have a process for centrifuging

et enrichir en uranium 235.

Et les centrifugeuses qu'on utilise, And the centrifuges we use,

ce sont elles qui sont au coeur de tous ces débats et toutes ces polémiques are the ones at the heart of all of these debates and controversies

qu'il y a sur le contrôle de la prolifération nucléaire. that there are on the control of nuclear proliferation.

Le plutonium 239 lui n'existe pas du tout à l'état naturel Plutonum-239 doesn't exist at all naturally. But we can produce it

mais on peut le produire à partir de l'uranium 238 en lui balançant des neutrons.

Donc voilà uranium 235, plutonium 239 ce sont les deux éléments d'ailleurs So uranium-235 and plutonium-239, these are actually the two elements

qu'on retrouve dans les bombes atomiques. that we find in atomic bombs.

Il existe un troisième élément moins connu qu'on peut utiliser pour faire de la fission nucléaire, There is a third and less known element that we can use

c'est l'uranium 233. for nuclear fission, that's uranium-233.

L'uranium 233 n'existe pas non plus à l'état naturel mais on peut le fabriquer artificiellement Uranium-233 doesn't occur naturally either but

en balançant des neutrons sur du thorium 232.

Et ça c'est le principe de la filière nucléaire dite « au thorium ». And that's the principle of the so-called "thorium" nuclear reactors.

C'est une filière qui n'est pas du tout utilisée aujourd'hui mais il y a un certain nombre It's a reactor that's not used at all today but there's a certain number

de personnes qui poussent pour la développer. of people who push to develop it.

Ça c'était pour la fission, maintenant on va passer à la fusion. That was fission, now we'll move on to fusion.

Le principe de la fusion à première vue c'est l'inverse la fission. The principle of fusion at first glance is the opposite of fission.

On prend deux atomes, par exemple d'hydrogène We take two atoms, for example hydrogen

et on les fusionne pour n'obtenir qu'un seul par exemple de l'hélium. and we fuse them to obtain just a single one, for example helium.

Cette réaction pour qu'elle marche il faut passer par des variantes de l'hydrogène For this reaction to work, we must go through the variants of

qu'on appelle le deutérium qui a un neutron en plus de son proton hydrogen we call deuterium which has one neutron in addition to its proton,

et le tritium qui a deux neutrons. and tritium which has two neutrons.

Dans les réacteurs à fusion la réaction qu'on essaie de faire c'est celle-ci. In fusion reactors the reaction we try to make is this one.

Et cette réaction de fusion elle libère de l'énergie puisque contrairement à ce qu'on avait avec l'uranium, And this fusion reaction frees energy since unlike

l'énergie des deux atomes d'hydrogène est plus élevée que l'énergie de l'atome d'hélium. the energy of the two hydrogen atoms is higher than the energy of

Et donc on peut récupérer la différence. Therefore we can recover the difference.

La fusion nucléaire c'est aussi ce qui permet aux étoiles de briller Nuclear fusion is also what allows stars to shine,

même si la chaîne est un petit peu plus compliquée que ce qu'on avait là. even if the chain is a bit more complicated than what we had here.

Comme dans le cas de la fission de l'uranium cette réaction de fusion ne se produit pas de manière spontanée. Like in the case of uranium fission, this fusion reaction

Encore heureux sinon ça voudrait dire que quand on approche deux atomes d'hydrogène l'un de l'autre, Which is good, otherwise that'd mean when we put two hydrogen atoms

ils pourraient fusionner et libérer l'énergie. they could fuse and free energy.

Non, pour que la réaction de fusion se produise il faut d'abord l'allumer en injectant de l'énergie. No, for the fusion reaction to be produced we must first ignite it

Ça peut paraître un peu bizarre de dire qu'il faut injecter l'énergie pour ensuite pouvoir en produire, That might seen a bit weird to say you have to inject energy

mais c'est exactement le principe de la barrière énergétique. but that's exactly the principle of the energy barrier.

On va prendre une analogie. We'll take an analogy.

La barrière énergétique c'est exactement ce qui se passerait avec un barrage hydroélectrique The energetic barrier is exactly what happens with

dont l'eau serait au départ contenue dans un petit lac encaissé en altitude.

Il faudrait d'abord dépenser un peu d'énergie pour faire sortir l'eau de la cuvette, We would first have to use a bit of energy to get the water out from the basin

avant de récupérer plus d'énergie que ce qu'on avait mis au départ grâce à sa descente dans la vallée. before recovering more energy than we used at the beginning

Ce principe c'est aussi celui de l'allumette : si vous prenez du bois ou bien du gaz naturel This principle is also that of a match: if you take wood or even

et que vous les mettez en contact avec de l'oxygène ils ne se mettent pas à brûler spontanément and you put them in contact with oxygen they won't burn

et pourtant l'énergie de la molécule de gaz naturel elle est plus élevée yet the energy of the natural gas molecule is higher

que l'énergie contenue dans les produits la réaction. than the energy contained in the products of the reaction.

La raison c'est qu'il y a une barrière énergétique et l'allumette elle sert à ça. The reason is that there's an energy barrier and the match serves for that.

Elle sert à apporter un peu d'énergie pour passer la barrière énergétique It's for bringing a bit of energy to pass the energy barrier,

et ensuite on récupère plus d'énergie que ce qu'on avait mis au départ avec l'allumette and then we recover more energy than we had used in the beginning

et la réaction s'auto-entretient.

Le problème c'est que dans le cas de la fusion nucléaire il faut vraiment The problem is in the case of nuclear fusion, you need

une grosse allumette pour initier la réaction. a really large match to initiate the reaction.

Quand on fait une bombe H, qui est une bombe à fusion nucléaire, When we make an H bomb, which is a nuclear fusion bomb,

on utilise comme allumette une bombe A c'est à dire une bombe atomique à fission, we use an A-bomb as matches, that is an

juste comme allumette... just as a match...

Et dans les étoiles ce qui tient lieu d'allumette c'est le fait que le nuage d'hydrogène s'effondre sur lui-même, And in the stars what serves as a match is the fact that

s'échauffe beaucoup et c'est ça qui permet d'enclencher la réaction.

Et donc tout le jeu de ceux qui s'efforcent de maîtriser la fusion nucléaire pour produire de l'énergie avec, So the whole game of those who endeavor to master

c'est de créer les bonnes conditions pour pouvoir initier et maintenir la réaction.

Enfin d'une manière différente que de faire sauter une bombe A, Well, in a different manner than blowing up an A-bomb,

parce que ça c'est la fusion incontrôlée. because that's uncontrolled fusion.

Alors passons maintenant aux côté paradoxal de l'affaire dont j'ai parlé au début de la vidéo. So let's move on now to the paradoxical part of the affair that I talked about at the beginning

Comment ça se fait que quand on prend de l'uranium il y a plus d'énergie dans un atome que dans deux, How is it that when we take uranium, there's more energy

mais avec l'hydrogène et l'hélium il y a plus d'énergie dans deux atomes que dans un. but with hydrogen and helium there's more energy in two atoms

En fait la raison c'est que les atomes qui ont le moins d'énergie, les atomes les plus stables, In fact the reason is that atoms with the least energy,

ce sont les atomes de taille moyenne. those are the average-sized atoms.

La courbe que vous voyez ici vous montre l'énergie moyenne d'un noyau en fonction de sa taille. The curve you see here shows the average energy of a nucleus

Elle est très élevé pour les petits atomes, It's very high for the small atoms,

elle passe par un minimum autour du fer et du nickel, it passes by a minimum near iron and nickel,

et elle remonte pour les gros atomes. and it goes back up for the large atoms.

Cette courbe d'énergie c'est exactement comme une vallée dans laquelle se baladerait un cours d'eau. This energy curve is exactly like a valley

On peut récupérer un peu d'énergie en passant de là à là, We can recover a bit of energy passing from here to here,

ça c'est la fission, that's fission,

et on peut récupérer beaucoup d'énergie en passant de là à là, and we can recover a lot of energy passing from here to here,

et ça c'est la fusion. and that's fusion.

Et le fer lui, c'est l'atome le plus stable, And iron, that's the atom the most stable,

il ne peut ni fusionner ni fissionner. it can't fusion or fission.

Cette histoire de barrière énergétique, elle permet aussi de comprendre This energy barrier deal, it also allows us to understand another phenomenon

un autre phénomène qui a l'air relié mais qui est différent,

c'est la radioactivité. That is radioactivity.

La radioactivité on peut la comparer à la fission mais c'est une forme de fission Radioactivity can be compared to fission but it's a form of fission

où le noyau ne perdrai qu'un tout petit morceau. where the nucleus will only lose a little piece.

Vous savez que la plupart des atomes peuvent exister sous diverses formes plus ou moins abondantes. You know that most atoms can exist in different forms

Par exemple le carbone qui a 6 protons, il existe le carbone 12 qui en plus a 6 neutrons,

le carbone 13 qui en a 7 et le carbone 14 qui en a 8. carbon-13 which has 7 and carbon-14 which has 8.

Quand on donne le numéro après le nom d'un élément, ça désigne la somme protons plus neutrons. When we give the number after the name of an element, that designates the sum

Et bien le carbone 14 peut se transformer en azote 14 en émettant notamment un électron. And carbon-14 can turn into nitrogen-14, emitting

Et si cette réaction est possible, c'est parce que l'énergie contenue dans le carbone 14 And if this reaction is possible

est encore une fois supérieure à l'énergie contenue dans les produits la réaction.

Et comme dans le cas de la fusion la transformation n'est pas spontanée, And like in the case of fusion the transformation isn't spontaneous,

il y a une petite barrière énergétique à passer pour qu'elle se produise. there's a small energy barrier to cross for it to occur.

Il faudrait que quelque chose joue le rôle d'une allumette. We would need something to play the role of a match.

En pratique dans la nature il n'y a pas vraiment d'allumette In practice, in nature there isn't really a match that allows to

qui permet de sauter cette barrière énergétique.

Mais il y a quelque chose à prendre en compte, c'est l'effet tunnel. But there's something to take into account, which is quantum tunneling.

J'en avais parlé dans la vidéo sur la mécanique quantique. I had talked about it in the video about quantum mechanics, tunneling

L'effet tunnel est tel que de temps en temps certaines particules peuvent sauter des barrières énergétiques. it is such that, from time to time certain particles can jump

Un peu comme si un petit tunnel se creusait. Kind of like a little tunnel was being dug.

Et c'est ça qui provoque la désintégration du carbone 14 And that's what provokes the disintegration of carbon-14 and

et des autres éléments radioactifs mais c'est d'une manière aléatoire.

Et plus la barrière est haute plus l'effet tunnel est improbable, And the higher the barrier is, the higher tunneling is improbable,

et c'est ça qui explique que les éléments radioactifs ont tous des durées de vie différentes. and that's what explains why radioactive elements all have different durations of life.

Elles sont plus longues quand la barrière et haute et plus courte quand la barrière qui est faible. They're longer when the barrier is high and shorter when

Dans le cas du carbone 14 ce qu'on appelle la demie-vie, elle est de 5400 ans In the case of carbon-14, what we call the half-life is 5400 years,

et c'est cette caractéristique qui rend le carbone 14 idéal pour faire de la datation d'objets anciens. and this is the characteristic making carbon-14 ideal for

Mais bon il a quelques subtilités et il faudra que j'en parle plus précisément dans une prochaine vidéo. Well, there's a few subtleties and I'll have to talk about them more precisely

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