Cœur d'un réacteur nucléaire (©photo)
Contrairement à ce que la terminologie peut suggérer, un réacteur nucléaire est dit en état de fonctionnement « critique » lorsqu’il est en fonctionnement normal : il entretient des réactions de fission en chaîne contrôlées et stables.
Une réaction de fission est stable lorsque le rythme des fissions d’atomes est constant : il n’y a pas de multiplication des fissions. Ce rythme dépend des quantités de neutrons disponibles provoquant chaque nouvelle fission. En fonctionnement normal, les neutrons issus de la première fission d’un atome sont partiellement capturés par les barres de contrôle du réacteur, de manière à ce qu’un seul neutron soit disponible pour provoquer une deuxième fission à son tour. Le rapport du nombre de neutrons entre les deux générations successives de neutrons est ainsi égal à 1.
Ce rapport est représenté par une variable appelée « facteur de criticité Keff (k).» Lorsque le réacteur est en état critique, k=1. Cela signifie que le nombre de fissions secondaires est égal au nombre de fissions primaires : la réaction de fission est donc stable.
Si k>1, le réacteur est en état surcritique : la quantité de fissions augmente exponentiellement et la réaction en chaîne s’emballe. Par exemple, si k=1,05, les 100 fissions initiales se multiplieraient à 13 150 fissions à la 100e génération (100 x 1,05100).
Si k<1, le réacteur est sous-critique : le nombre de fission décline. Si k=0,95, les 100 fissions initiales seraient réduites à 1 fission à la 90e génération (100 x 0,95). Dans ces conditions, le réacteur finirait par s’éteindre. Le pilotage des réacteurs consiste donc à les maintenir à une criticité précise k=1.
