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Eau lourde

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 (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.), dont le noyau contient un neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les...) en plus du proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) présent dans chaque atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) d’hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.).

Il existe aussi de l’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) semi-lourde (HDO ou H2HO), d'ailleurs en proportion naturelle bien plus importante que l'eau lourde (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...).

Gilbert Newton Lewis isola en 1933 le premier échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) d’eau lourde pure.

Données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) physiques

  • Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant...) d’ébullition : 101,42 °Celsius (214,56 °Fahrenheit) à pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) 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".

Utilisations

Résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire est une technique de spectroscopie appliquée aux particules ou ensembles de particules atomiques qui ont un spin nucléaire non nul.)

L’oxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie par résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci se produisent à la...) magnétique nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) aussi appelée RMN.

Modérateur de neutrons

L’eau lourde est utilisée dans certaines filières de réacteurs nucléaires comme modérateur de neutrons dans le but de ralentir les neutrons issus de réactions de fission nucléaire (La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est divisé en...). Les neutrons ralentis ont alors une probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance...) plus élevée d'aller provoquer de nouvelles fissions de noyaux d'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent,...), permettant ainsi la réaction en chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :).

Le réacteur (Un réacteur peut désigner :) CANDU est un réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est initiée, modérée et contrôlée par l'humain — ou par la nature, comme...) 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.

Détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel...) 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 (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....) afin d’être protégé des rayons cosmiques. Le SNO détecte l’Effet Tcherenkov (L'effet Tcherenkov est un phénomène similaire à une onde de choc, produisant un flash de lumière, et, qui a lieu lorsqu’une particule chargée se déplace dans un milieu avec une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière du milieu.) produit quand un neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules.) traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au...) l’eau lourde.

Considérations médicales

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 (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.).

Des expériences sur des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de...) ont montré que le principal effet de cette consommation est de réduire le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de mitoses, causant progressivement la dégradation des tissus qui nécessitent une rapide régénération. Après plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) 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 (L’estomac (en grec ancien στόμαχος) est la portion du tube digestif en forme de poche, située entre l’œsophage et le duodénum....).

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.

Production

Sur Terre, l’eau semi-lourde (HDO) est naturellement présente dans l’eau avec une proportion de 0,03125% soit une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) pour 3200 molécules d’eau. Elle peut être séparée de l’eau classique par distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à recueillir une fraction légère appelée distillat, et une fraction lourde appelée résidu. C'est...) ou électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.), 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 (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante...) moléculaire, qui produit une légère différence dans la vitesse (On distingue :) 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 (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne...), c’est pourquoi les méthodes chimiques sont généralement préférées.

Norvège

En 1934, Norsk Hydro (Norsk Hydro est un groupe énergétique norvégien, également présent dans le pétrole et l’aluminium, son siège est à Oslo. La compagnie a été...) 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 ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) 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 (Un planeur est un aérodyne dépourvu de moteur. La pratique du planeur est le vol à voile.) 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 (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), en dynamitant les installations.

Le 16 novembre 1943, les Alliés larguent plus de quatre cents 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 (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une stratification, une zonation, ou une...) Tinn (Tinnsjoe en norvégien). Ce sabotage coûta la vie (La vie est le nom donné :) 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.

France

La France a produit de l'eau lourde dans des proportions très faibles entre 1958 et 1963. La première usine productrice fut celle de l'ONIA (Office National des Industries de l'Azote) à Toulouse, en place de la fameuse AZF. Des quantités de 2 à 3 tonnes d'eau lourde par an ont été produites sur ce site toulousain que les allemands avait sélectionné en 1943 en construisant une grande enceinte souterraine au centre du site industriel en prévision d'une production dès fin 1944 qui n'eut jamais lieu. La production fut poursuivie sur le site frère de Mazingarbe (Pas de Calais) jusqu'en 1971. Le principal client (Le mot client a plusieurs acceptations :) était le Commissariat à l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) atomique pour ses besoins expérimentaux et pour la centrale nucléaire (Une centrale nucléaire est un site industriel qui utilise la fission de noyaux atomiques pour produire de la chaleur, dont une partie est transformée en électricité (entre 30 % et 40 % en fonction de la...) expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches...) des Monts d'Arrée à Brennilis complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) démantelée aujourd'hui. Une partie de cette production fut stockée au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) de Toulouse dans l'ancien camp militaire de Clairfont en bordure de Garonne (un des sites toulousains de Véolia actuellement).

Canada

Énergie Atomique du Canada Limitée (EACL) a conçu un réacteur nucléaire nécessitant de grandes quantités d’eau lourde utilisée en tant que modérateur de neutrons. EACL a commandé deux installations de production d’eau lourde qui ont été construites à Glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) Bay au Canada Atlantique et à Port Hawkesbury en Nouvelle-Écosse. Ces usines se sont avéré 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 (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à...) 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 (Le mot monde peut désigner :) avec une capacité de 700 tonnes par an. 340 000 tonnes d’eau normale étaient nécessaires pour produire une tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie, la tonne cannelée...) 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 (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un...) la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) 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 (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) en Ontario. Les usines se sont avérées 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 (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le...) 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 (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) 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 (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). EACL recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) actuellement d’autres procédés plus efficaces et plus écologiques pour produire de l’eau lourde. Cette production est essentielle pour les futurs réacteurs CANDU puisque l’eau lourde représente environ 20% de l’investissement financier de chaque réacteur.

Inde

L’Inde est le second producteur d’eau lourde du monde grâce a son Heavy Water Board.

Autres pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui...)

L’Argentine est un autre producteur déclaré d’eau lourde. La Roumanie quant à elle est un producteur et exportateur.

Le Traité de non-prolifération nucléaire impose aux gouvernements signataires un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) 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 (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...) efficace afin de prévenir des vols.

Le plutonium (Le plutonium est un métal lourd de symbole chimique Pu et de numéro atomique 94, très dense — approximativement 1,74 fois plus lourd que le plomb — radioactif et toxique,...) 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 (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), 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.

Filmographie

  • L'eau lourde joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à...) un rôle important dans quelques films :
    • Les Héros de Télémark
    • Bon voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est considérablement développé et démocratisé, au cours du...), 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.
  • Ainsi que dans quelques séries :
    • Stargate SG1 : épisode 4x02 " L'autre coté ", une civilisation utilise le deutérium afin d'alimenter des générateurs.
    • Stalag 13 : épisode 1x09 "L'eau lourde", Hogan doit faire disparaître un tonneau d'eau lourde qui est gardé dans le camp.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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