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Jean Carnesecchi, Hugues Dalle, Augustin Bublot, Thomas Pilitteri 1S2




Energies d’aujourd’hui et de demain




I – Le nucléaire page 4

II – Le solaire page 8

III – Les fossiles page 11

IV – L’hydraulique page 13

V – L’éolien page 15

VI – La biomasse page 17

VII – La géothermie page 19

VIII – Les énergies marines page 21

Bibliographie et remerciements page 23


Sommaire



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Quand le noyau craque, ça chauffe !

Le nucléaire



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I – Nucléaire : quèsaco ?



Le nucléaire… Intarissable source de chaleur, de lumière et d’énergie. Il aurait tout pour plaire s’il n’engendrait pas, en plus, de la radioactivité et des bombes.

Le nucléaire, l’énergie aux deux visages. Après Fukushima, beaucoup voudraient s’en débarrasser. Le peut-on seulement ? Avant de la jeter à la porte comme une malpropre, il ne faut pas oublier ce qu’elle permet et ce qu’elle pourra permettre.

Si, dans le neutron, tout n’est pas forcément bon, tout n’est pas non plus à jeter. Retour sur une énergie des plus controversées !

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II – Quand l’atome s’échauffe
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Nucléaire vient du grec « nucléos » qui veut dire noyau.

Dans les bagnes, les prisonniers cassent des cailloux, dans les centrales, les techniciens cassent des atomes d’uranium, leurs noyaux, plus précisément. Comment s’y prennent-ils ? C’est toute une histoire.

Tout d’abord, l’uranium est extrait de mines situées notamment au Canada, en Australie et au Niger dans une roche nommée pechblende où il est présent en faible quantité. Cet uranium est dit 235 car son noyau contient 92 protons et 143 neutrons. Son noyau est instable, donc fissile.https://geoinfo.nmt.edu/resources/uranium/images/yellowcake1.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/pichblende.jpg

On traite la roche pour en extraire le combustible, puis on l’enrichi en uranium 235 afin de favoriser les réactions. Après enrichissement, la matière obtenue est une poudre jaune, le “yellow-cake” qui est alors mis sous forme de pastilles grises.http://www.latribune.fr/img/68-2709274-0/1083705-img-65041-hr.jpg.jpg

C’est sous cette forme que l’uranium va servir dans les centrales. On les empile dans de fins tuyaux de graphite, les crayons, qui seront plongés dans une gigantesque piscine, le cœur du réacteur. http://rme.ac-rouen.fr/images/photo_crayon.jpg

C’est à ce moment-là que les choses se compliquent : on envoie quelques neutrons vers un crayon. Ces neutrons vont pénétrer dans les noyaux des atomes d’uranium 235, augmenter leur masse et ainsi causer leur fission. En se scindant en deux noyaux “fils”, l’atome va émettre de nouveaux neutrons plus nombreux qui iront briser d’autres atomes. C’est la réaction en chaîne.

Et l’énergie dans tout ça ? Tout est dans la subtilité de la réaction : la somme des masses des deux noyaux “fils” est plus faible que celle du noyau d’origine. Pourtant, ce n’est pas dû à la fuite des neutrons… C’est en fait parce qu’une partie de la masse s’est transformé en… énergie ? Eh oui ! La matière peut devenir de l’énergie : c’est l’équation E=mc², l’énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré. En l’occurrence, l’énergie est thermique.

On obtient alors une formidable quantité de chaleur qui va servir à faire chauffer de l’eau. Cette eau en contact avec le réacteur est confinée sous très haute pression dans le circuit primaire : elle reste ainsi liquide.

Ce circuit primaire va alors chauffer l’eau du circuit secondaire. Celui-ci étant sous plus faible pression, son eau va s’évaporer et faire tourner une turbine qui entraine un alternateur. Et voilà la fée Électricité qui part dans le réseau ! Pendant ce temps, le circuit secondaire est refroidi par un troisième circuit, souvent relié à un cours d’eau. L’eau de ce troisième circuit s’évapore alors dans les tours. Voilà d’où viennent les nuages.

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III – La radioactivité : ça en jette…



Le plus gros problème de la fission nucléaire, c’est la radioactivité. Certes, certes, mais qu’est-ce donc ? Eh bien il en existe trois sortes :

La radioactivité alpha (α) : un noyau d’hélium, aussi appelé hélion ; donc deux protons et deux neutrons. Facilement arrêté (une feuille de papier suffit), il ne cause que peu de dégâts dans l’organisme. Le noyau n’a toutefois pas dit son dernier mot.

La radioactivité bêta (β) : un électron solitaire qui erre loin de son foyer… Il est déjà plus dangereux pour l’organisme que l’hélion et demande une épaisseur de métal pour se protéger. Mais ce n’est pas encore le plus dangereux…

La radioactivité gamma (γ) : cette fois-ci, c’est sérieux : un rayon gamma, un photon de très faible longueur d’onde, (10 picomètres, soit 10-11m ; plus faible que les rayons X). Il peut causer des dégâts très importants voire irrémédiables sur le code génétique, et donc entrainer des mutations et des cancers. Pour le stopper, une grande épaisseur de béton est nécessaire.

La radioactivité n’est pas tout : si elle restait bien sagement confinée dans le cœur du réacteur, il n’y aurait pas tant de problèmes. Le fait est que, une fois les réactions terminées et le combustible en fin de course, tout ce qui s’est trouvé dans le champ des réactions est à son tour devenu source de radiations. Des vêtements des techniciens aux parois de la centrale en passant par tout le matériel mécanique (et l’eau en supplément), tout émet plus ou moins de la radioactivité.

Les déchets faiblement dangereux (les plus nombreux) sont scellés dans des fûts qui sont alors stockés en attente de la fin de vie. Les déchets plus dangereux sont enfermés dans du béton puis enfouis. Enfin, les déchets les plus nocifs, tels que les crayons et les déchets nucléaires (le combustible), sont tout d’abords emprisonnés dans des châteaux, des conteneurs spéciaux absorbant les radiations. Après un certain temps sous surveillance, on en utilise une partie pour refaire du combustible, puis le reste est vitrifié, enveloppé dans une gangue de béton puis de fer et enfin enfoui dans des galeries en argile car elles sont imperméables à l’eau.

Hélas, les déchets radioactifs ont une durée de vie très longue. Pour les plus dangereux, la demi-vie est de 300 millions d’années. Cela veut dire qu’il faut 300 millions d’années avant que la moitié de la radioactivité soit éliminée, puis de nouveau 300 millions d’années pour la moitié (un quart du début), et ainsi de suite…

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IV – Si le cœur s’emballe…



Toutefois, quand on dit « nucléaire », à quoi pense-t-on ? Tchernobyl, Fukushima, et pour ceux qui connaissent, Three Miles Island. Certains ajouteront Hiroshima et Nagasaki. Ces noms ont marqué l’histoire car des accidents nucléaires, ça n’arrive pas tous les jours. Le cas des deux bombes atomiques est encore plus important car il relève de la décision. Volontairement et involontairement, le nucléaire se retrouve au centre de catastrophes technologiques sans précédent. Et ça coûte cher : entre 100 et 300 milliards de dollars par catastrophe.

A Three Miles Island, le réacteur est entré en fusion suite à la perte de liquide de refroidissement. En effet, si le cœur n’est pas assez refroidi pendant les réactions, sa température devient trop importante et le combustible et ses gaines se mettent à fondre. La matière obtenue, nommée corium, est extrêmement corrosive, dangereuse et liquide. Elle parvient même à ronger le béton des parois. Si elle sort dans la nature, c’est la catastrophe. A Fukushima, c’est la nature qui a provoqué la fusion en coupant les systèmes de refroidissement.

Dans le cas de Tchernobyl, les causes sont humaines et multiples. Ce qui a causé l’explosion, c’est l’accumulation de vapeur d’eau qui, comme une cocotte-minute, a poussé contre les murs de la centrale avant de la faire sauter, libérant ainsi un immense nuage radioactif.


V – Du nucléaire dans nos ampoules
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Avec tous ces inconvénients, pourquoi conserve-t-on le nucléaire ? Déjà, il produit une énergie considérable : une centrale peut produire au maximum 1200MW (à titre de comparaison, il faut 150 éoliennes pour obtenir cette puissance). Si une centrale nécessite un laps de temps pour démarrer, elle produit assez pour répondre aux pics de consommation. En tout, nos quelques 58 réacteurs nucléaires répartis dans 19 centrales encore en service en France produisent à peu près 80% de nos besoins. Inutile de préciser que c’est énorme.

Mais autant d’énergie, ça doit demander beaucoup d’uranium ? Même pas ! Un gramme d’uranium, un simple gramme, équivaut à 1.6 tonnes de pétrole. Ça aussi, c’est énorme.

Bref, quand on voudra se débarrasser du nucléaire, il va falloir un certain temps.

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VI – Le nucléaire de demain



Justement : parlons du futur du nucléaire : nous pouvons, au choix, le quitter ou l’améliorer.

Prenons l’hypothèse de l’amélioration : trois grands choix s’offrent à nous. La fission du thorium, la fusion de l’hydrogène ou la fission à refroidissement par sodium. Commençons par le thorium !

Le thorium fait partie de la famille des actinides. C’est un atome assez lourd qui peut servir de combustible nucléaire. Quelles sont ses qualités ? Demandez plutôt quels sont ses défauts ! Avec un réacteur au thorium, les incidents tels que la fusion du cœur, une explosion quelconque, le manque de liquide de refroidissement, le besoin constant de combustible, à tout ça, vous dites adieu ! En effet, le thorium est un combustible disponible en très grandes quantités, il est mélangé au liquide de refroidissement, les réactions qui s’y produisent ne permettent pas qu’elles s’emballent, si le liquide connait des problèmes, il s’évacue tout seul par le seul fait de la gravité. Il fait rêver, thorium ? Il y a de quoi !

Passons à la fusion de l’hydrogène. Dans le cœur des étoiles, la température et la pression sont si fortes que les petits atomes d’hydrogène fusionnent entre eux pour former des atomes plus lourds, libérant de l’énergie au passage. Voilà que l’humain voudrait rendre cette énergie utilisable. Eh bien, il va y avoir du boulot ! Pour obtenir une température et une pression suffisantes (énormes !), confinés par un champ magnétique assez puissant pour empêcher le combustible plus que brûlant de décaper les parois, il faut construire des infrastructures gigantesques. Imaginez le prix.

ITER, le projet initié en France et qui a couté plus de 10 milliards de dollars venant d’Europe, des Etats-Unis, de Chine, d’Inde, de Russie et autres, a finalement échoué. Trop cher, pas rentable. Dommage, car avec la production quasi-infinie d’énergie que permet cette technologie, la fusion était un rêve. Et elle le restera encore longtemps…

Enfin, la fission à refroidissement par sodium est la voie choisie par la France si elle ne sort pas rapidement du nucléaire. Avec des centrales telles que Phénix, Superphénix et Rapsodie, la France a déjà un certain savoir-faire qu’elle ne veut pas gaspiller. Un peu dommage, car au final, ces centrales sont polluantes et dangereuses. Mieux vaut sortir du nucléaire…


Cœur d’ITER

Déchets en cours d’enfouissement
http://s3.e-monsite.com/2011/03/07/11/tokamak.jpg http://www.laradioactivite.com/fr/site/images/andra_ivcla122.jpg


Et dans le jeu



  • Cartes « déchets nucléaires »  production de déchets radioactifs par les centrales

  • Carte « accident nucléaire »  faible probabilité d’une catastrophe atomique

  • Carte « plein rendement »  simple prétexte pour un bonus

  • Hauts rendements  le nucléaire produit beaucoup

  • Prix élevé  le nucléaire coûte cher à installer

  • Législation contre le nucléaire  obligation de quitter ou de démanteler le nucléaire

Après plusieurs parties, on constate que tous les joueurs n’installent pas de centrales nucléaires. En effet, certains préfèrent n’avoir que des énergies renouvelables. Toutefois, quand un joueur possède des centrales nucléaires, il ne les démantèle pas.


Centrale Superphénix

Thorium sous forme de roche
file:monazite - rostadheia, iveland, norvegia 01.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e2/superph%c3%a9nix_3.jpg


Cœur du réacteur

Cheminée d’une centrale nucléaire
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/centrale_nucl%c3%a9aire-belleville-sur-loire-a03.jpg http://sante.lefigaro.fr/sites/default/files/media/field_media_image/c22c5436-e75d-11e0-a8ec-eb53234099be.jpg


Carte de France des centrales nucléaires
http://www.utc.fr/~mastermq/public/publications/qualite_et_management/mq_m2/2005-2006/stages/bernardo/carte_centrales.png


Pour un avenir radieux !
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