Eau semi-lourde

Eau semi-lourde

Eau lourde

Eau lourde
Molécule d'eau lourde
Molécule d'eau lourde
Molécule d'eau lourde
Général
InChI
Propriétés chimiques
Formule brute H2O  [Isomères]
Masse molaire 18,0153 gmol-1
H 11,19 %, O 88,81 %,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'eau lourde est de loxyde de deutérium (formule : D2O ou ²H2O). Chimiquement, elle est identique à leau normale (H2O), mais les atomes dhydrogène 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 dhydrogène.

Il existe aussi de leau 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 deau lourde pure.

Sommaire

Propriétés physico-chimiques de l'eau lourde comparées à celles de l'eau (H20)

Propriété D2O (eau lourde) H2O (eau)
Température de fusionC) 3,81 0,00
Température de vaporisationC) 101,42 100,00
Densité (à 20 °C) 1,1056 0,9982
Température correspondant à la densité la plus élevéeC) 11,6 4,0
Viscosité (à 20 °C, Pa·s) 1,25.10-3 1,005.10-3
Tension superficielle (à 25 °C, N·m-1) 7,193·10-2 7,197·10-2
Enthalpie de formation (gaz, kJ/mol) -249,20 -241,83
pH (à 25 °C) 7.41 7.00

Sa densité est plus élevée que celle de l'eau, d' son nom d'eau « lourde ».

Utilisations

Résonance magnétique nucléaire

Loxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire aussi appelée RMN.

Modérateur de neutrons

Leau 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. 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.

Leau (classique H2O) est aussi capable de ralentir les neutrons dune réaction de fission. Cependant elle les absorbe trop pour que la réaction puisse sentretenir delle-même dans un réacteur à uranium naturel. Toutefois, cette eau normale peut être utilisée si de luranium enrichi est utilisé.

Détecteur de neutrinos

Lobservatoire de neutrinos de Sudbury SNO (Ontario, Canada) utilise 1 000 tonnes deau lourde dans une cuve enterrée dans une mine à plus de deux kilomètres sous terre afin dêtre protégé des rayons cosmiques. Le SNO détecte lEffet Tcherenkov produit quand un neutrino traverse leau lourde.

Considérations médicales

Leau lourde nest pas considérée comme toxique. Cependant quelques réactions métaboliques nécessitent de leau classique, cest pourquoi la consommation exclusive deau 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 dingestion deau lourde uniquement, les fluides corporels contiennent environ 50 % deau 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 lestomac.

De nouvelles thérapies pourraient peut-être utiliser ces effets afin de permettre la rémission de certains cancers. Toutefois aucun résultat na encore été publié.

Production

Sur Terre, leau semi-lourde (HDO) est naturellement présente dans leau avec une proportion de 0,03125 % soit une molécule pour 3 200 molécules deau. Elle peut être séparée de leau classique par distillation ou électrolyse, mais également par divers procédés chimiques déchange qui exploitent les affinités différentes du deutérium et de lhydrogène 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 leau lourde pure par distillation ou électrolyse exige une grande cascade de distillateurs ou de chambres délectrolyse et consomme de grandes quantités délectricité, cest pourquoi les méthodes chimiques sont généralement préférées.

Norvège

Article détaillé : Bataille de l'eau lourde.

En 1934, Norsk Hydro construit à Vemork, en Norvège, la première installation de production deau lourde commerciale, dune capacité de 12 tonnes par an. Pendant la seconde Guerre mondiale, les Alliés décidèrent de détruire lusine afin dempêcher lAllemagne 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 laccident 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 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, Knut Haukelid, un partisan norvégien, coule le bac convoyant leau lourde sur le lac Tinn (Tinnsjå en norvégien). Ce sabotage coûta la vie à quatorze civils norvégiens. Lhistoire 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 d'AZF. Des quantités de 2 à 3 tonnes d'eau lourde par an ont été produites sur ce site toulousain que les Allemands avaient 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 était le Commissariat à l'énergie atomique pour ses besoins expérimentaux et pour la centrale nucléaire expérimentale des Monts d'Arrée à Brennilis arrêtée et en cours de déconstruction aujourd'hui. Une partie de cette production fut stockée au sud 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 deau lourde utilisée en tant que modérateur de neutrons. EACL a commandé deux installations de production deau 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 quil ait un approvisionnement interne fiable pour les centrales actuelles et futures. Ces deux unités ont été arrêtées en 1985 quand leur production sest avérée inutile.

Linstallation de production deau lourde du comté de Bruce en Ontario était la plus grande usine deau lourde du monde avec une capacité de 700 tonnes par an. 340 000 tonnes deau normale étaient nécessaires pour produire une tonne deau lourde grâce au procédé au sulfure d'hydrogène de Girdler. Cette installation faisait partie dun complexe qui incluait les huit réacteurs CANDU qui ont fourni la chaleur et la puissance pour la production deau lourde. Les installations ont été construites à Point Douglas dans le comté de Bruce au-dessus du lac Huron elles avaient accès aux eaux des Grands Lacs américano-canadiens. Lusine de Bruce a été chargée en 1979 de fournir de leau lourde afin de satisfaire laugmentation de la production dénergie nucléaire 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 dOntario Hydro a été ralenti puis arrêté en raison dune surproduction délectricité. Une consommation plus parcimonieuse et un recyclage de leau lourde ainsi que la surproduction à Bruce a laissé le Canada avec dimportant stocks deau lourde suffisants pour satisfaire ses futurs besoins. Pour finir, lusine de Bruce a été fermée en 1997, pour être progressivement démantelée et le site dépollué.

Le procédé de Girdler utilise de grandes quantités de sulfure d'hydrogène, soulevant des inquiétudes environnementales en cas de libération dans latmosphère. EACL recherche actuellement dautres procédés plus efficaces et plus écologiques pour produire de leau lourde. Cette production est essentielle pour les futurs réacteurs CANDU puisque leau lourde représente environ 20 % de linvestissement financier de chaque réacteur.

Inde

LInde est le second producteur deau lourde du monde grâce a son Heavy Water Board.

Autres pays

LArgentine est un autre producteur déclaré deau lourde, ce volet figurant dans le plan de réactivation du programme nucléaire argentin annoncé en août 2006 par le président Nestor Kirchner. La Roumanie quant à elle est un producteur et exportateur.

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.

Filmographie

  • Ainsi que dans quelques séries :
    • Stargate SG-1 : épisode 4x02 L'autre coté, une civilisation utilise le deutérium afin d'alimenter des générateurs.
    • Papa Schultz : épisode 1x09 L'eau lourde, Hogan doit faire disparaître un tonneau d'eau lourde provenant de Norvège, et qui est gardé dans le camp.
    • Eleventh Hour : épisode 1x11 Miracle, tournant entièrement autour d'une investigation sur la synthèse d'eau lourde

Lien externe

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