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date de publication27.03.2017
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THEME : Le défi énergétique

Sous-thème : Ressources énergétiques disponibles



Les caractéristiques du réacteur de Fukushima n°1

Type d'activité

  • Activité documentaire

Conditions de mise en œuvre

Contexte et organisation

  • Découverte

  • Travail personnel ou en groupe

  • Utilisation de ressources Internet

Pré-requis

Notions et contenus

Compétences attendues

Ressources non renouvelables :

– fossiles (charbon, pétroles et gaz naturels) ;

– fissiles (Uranium : isotopes, 295

92 U : isotope fissile).

Ressources renouvelables.

Centrale électrique thermique à combustible fossile ou nucléaire.

Réaction de combustion.

Réaction de fission.

Rechercher et exploiter des informations pour :

  • associer des durées caractéristiques à différentes ressources énergétiques ;



– distinguer des ressources d’énergie renouvelables et non renouvelables ;

  • identifier des problématiques d’utilisation de ces ressources.



Identifier les différentes formes d’énergie intervenant dans une centrale thermique

à combustible fossile ou nucléaire.

Exploiter les informations d’un document .

Compétences transversales

  • Mobiliser ses connaissances

  • Rechercher, extraire, organiser des informations utiles (le BO précise l'information utile)

  • Formuler des hypothèses

  • Raisonner, argumenter, démontrer

  • Travailler en équipe



Mots clés de recherche : Réacteur nucléaire, fusion, centrale nucléaire



Provenance : Académie de Lille

Adresse du site académique : premières L et ES

http://physique.discipline.ac-lille.fr/lycee/premiere/nouveau-programme-l-et-es


ACTIVITE (EN INTRODUCTION DU CHAPITRE ) POUR FAIRE REFLECHIR LES ELEVES SUR :

  • Le mode de fonctionnement d’une centrale (pour amener une réflexion sur les conversions d’énergie dans une centrale).

  • Les réactions de fusion et de fission.

  • Les énergies renouvelables.


Les caractéristiques du réacteur de Fukushima n°1

Ces réacteurs sont des réacteurs à eau bouillante (REB). La centrale du site N°1 de Fukushima comprend six réacteurs de ce type. Ces réacteurs sont différents de ceux du parc français qui utilisent des réacteurs à eau pressurisée (REP). Pour ces deux types de réacteurs, les réactions de fission ont lieu en utilisant un combustible nucléaire, l’uranium enrichi (ou un mélange d’uranium plutonium), situé dans le cœur du réacteur. Pour en savoir plus sur les combustibles utilisés, consulter la page : Le cycle du combustible. Dans un REB l’eau est directement transformée en vapeur dans la cuve et envoyée dans la turbine qui produit l’électricité. L’eau, qui circule au travers des assemblages combustibles, entre en ébullition dans la partie haute du cœur et la vapeur produite va directement à la turbine pour se détendre, et se recondenser ensuite en eau. Il n’y a donc qu’un seul circuit. L’eau assure deux rôles, celui de caloportreur et celui de modérateur. Dans un REP le transfert de la chaleur n’est pas direct : l’eau du circuit primaire échange sa chaleur avec un circuit d’eau secondaire dont l’eau vaporisée alimente la turbine.

Le scénario de l’accident a probablement été similaire pour les réacteurs 1, 2 et 3 de la centrale. Ils se sont arrêtés normalement et automatiquement dès les premières secousses du séisme. Mais ensuite, le tsunami d’une ampleur considérable a submergé les digues anti-tsunami puis noyé les prises d’eau de refroidissement des centrales. Les circuits d’eau de réfrigération de secours étaient par conséquent indisponibles. La température de l’eau du cœur a progressivement augmenté ainsi que la pression dans la cuve du réacteur. A un certain moment, une partie des cœurs a été dénoyée, entraînant ainsi la dégradation des gaines du combustible ainsi que du combustible lui-même. Le contact entre la vapeur d’eau et le zircalloy constituant les gaines de combustible a entraîné une production d’hydrogène mêlé à la vapeur. Pour maintenir l’intégrité de la cuve du réacteur, l’opérateur a procédé :

à des relâchements contrôlés de la vapeur dans l’enceinte de confinement puis vers le hall de manutention qui couvre le bloc réacteur ;

à une compensation des pertes d’eau en noyant d’une part la cuve du réacteur afin de limiter la dégradation du combustible et d’autre part l’enceinte de confinement pour refroidir l’ensemble.

Le relâchement de vapeur et d’hydrogène dans le hall qui surplombe les enceintes de confinement a conduit à une explosion d’hydrogène détruisant la partie supérieure du bâtiment. (CEA)

En cas d'accident de perte de réfrigérant (perte d'eau primaire), il est nécessaire, dans ces deux types de réacteurs à eau, d'injecter de l'eau dans la cuve pour assurer le maintien sous eau du combustible de façon à prévenir sa dégradation pouvant aller jusqu'à sa fusion.

"C'est ce mécanisme qui a été mis en défaut par le séisme, puis le tsunami", expliquait Thierry Charles, directeur de la sûreté des usines nucléaires à l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), samedi 12 mars à 9 heures du matin. Le tremblement de terre a entraîné la mise à l'arrêt automatique du réacteur, dont le cœur doit cependant continuer à être refroidi. Mais le tsunami a partiellement noyé le site, mettant hors d'usage les groupes d'alimentation électrique diesel qui sont censés prendre le relais.
Documentations :

  1. CEA : le fonctionnement d'un réacteur nucleaire

  2. AREVA : schéma de principe d'un réacteur REB schéma de principe d'un réacteur REP

  3. Cité des sciences :  la centrale de Fukushima

  4. EDF : panorama de l'électricité

Questions : (Pour y répondre vous pouvez vous aider des documents et des animations proposées ainsi que de vos recherches sur internet.)

  1. Expliquer la différence entre le réacteur de type REB et le réacteur de type REP.

  2. Comment se nomme la réaction nucléaire utilisée pour produire l’énergie dans les centrales ? La définir simplement.

  3. Expliquer ce que signifie la fusion du combustible (ATTENTION : ne pas confondre avec la réaction de fusion nucléaire).

  4. Définir la fusion nucléaire. Cette réaction est elle exploitée dans les centrales ? Pourquoi ? Ou cette réaction se produit-elle ?

  5. Quelles sont les principales différences et les principaux points communs entre le mode de fonctionnement d’une centrale thermique et celui d’une centrale nucléaire ?

  6. Retrouve-t-on des points communs au fonctionnement des centrales thermiques (classiques ou nucléaires)et au fonctionnement d’autres types de centrales ( géothermiques, éoliennes, hydrauliques) ?

  7. Connaissez vous d’autres méthodes de production d’électricité ?

  8. Parmi les différentes centrales citées précedemment, lesquelles utilisent des ressources d’énergie renouvelable ? Des ressources d’énergie non renouvelable ?

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