🔥 Énergie et thermodynamiqueTerminale (voie techno)
🏭 La centrale nucléaire : de la fission à l'électricité
Une centrale nucléaire, c'est une énorme bouilloire… qui fait tourner une turbine ! Suis la chaleur du cœur jusqu'à la ligne électrique, découvre pourquoi les deux tiers de l'énergie repartent dans la rivière ou dans le panache de la tour, et mène l'enquête organe par organe.
📘 Le chapitre du cours
Physique-Chimie · SecondeChapitre 9 : Transformations nucléaires
🔗 Aussi au programme
Physique-Chimie · Terminale techno Chapitre 10 : Énergie nucléairePhysique-Chimie · Terminale techno Chapitre 3 : Énergie, puissance et conversionsPhysique-Chimie · Première techno Chapitre 1 : L'énergie et ses enjeuxPhysique-Chimie · Première Chapitre 14 : Aspects énergétiques des phénomènes électriques
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Trois circuits d'eau ne se mélangent jamais : le circuit primaire (rouge-orange) emporte la chaleur du cœur, le secondaire (bleu, puis blanc quand il devient vapeur) fait tourner la turbine, et l'eau de refroidissement (verte) vient de la rivière, de la mer ou de la tour.
- Quand tu baisses la puissance, les barres de contrôle s'enfoncent dans le cœur : la lueur bleue faiblit, l'eau circule moins vite, la turbine et l'alternateur ralentissent.
- Dans le diagramme du bas, la bande rouge (Pth) se partage : environ un tiers devient de l'électricité (jaune), les deux tiers partent vers la source froide (bleu). Toute centrale thermique paie ce prix.
- Plus on pompe d'eau dans la rivière, moins elle se réchauffe : l'échauffement Δθ est inversement proportionnel au débit. Avec une tour, une petite partie de l'eau s'évapore et forme le panache blanc, qui n'est pas de la fumée.
- En un jour, un réacteur de 900 MW ne fissionne qu'environ 3 kg d'uranium 235, et seulement quelques grammes de masse sont réellement transformés en énergie (E = Δm × c²).
Expériences à faire
- Quelle puissance thermique faut-il pour fournir 1 000 MW électriques avec un rendement de 33 % ?
- Compare le réacteur de 900 MW et l'EPR : lequel envoie le plus de chaleur à la source froide pour chaque MW électrique produit ?
- Divise par deux le débit d'eau pompée : que devient l'échauffement de la rivière ?
- Combien d'énergie électrique (en TWh) un réacteur de 1 300 MW produit-il en un an (8 760 h) à pleine puissance ?
- Lance l'enquête : sauras-tu retrouver le convertisseur qui transforme l'énergie mécanique en énergie électrique ?
La physique derrière l'animation
- Chaîne énergétique : énergie nucléaire → (cœur : fission) → énergie thermique → (générateur de vapeur) → vapeur → (turbine) → énergie mécanique → (alternateur) → énergie électrique. Les pertes sont surtout un transfert thermique Q vers la source froide, au condenseur.
- Conservation de l'énergie : Pth = Pe + Pperdue ; rendement η = Pe / Pth ≈ 0,33 pour un réacteur à eau sous pression (environ 36 % pour l'EPR). Énergie produite : E = P × Δt, avec 1 kWh = 3,6 × 106 J.
- Refroidissement par une rivière : la puissance perdue chauffe l'eau pompée, Pperdue = Dm × c × Δθ, avec Dm le débit massique (kg/s) et c = 4 180 J·kg−1·°C−1. Dans une tour, l'eau qui s'évapore emporte environ Lv ≈ 2,4 MJ par kilogramme.
- Une fission d'uranium 235 libère environ 200 MeV = 3,2 × 10−11 J : nombre de fissions par seconde N = Pth / Ef, masse d'uranium 235 consommée m = N × Δt × m(235U), avec m(235U) = 3,90 × 10−25 kg. Cette énergie vient d'une perte de masse : E = Δm × c².
- Ordres de grandeur : primaire à 155 bar et environ 300 °C, secondaire à environ 70 bar, turbine à 1 500 tours par minute, alternateur sous 20 kV, ligne à 400 kV. Modèle simplifié : le rendement est supposé le même quelle que soit la puissance.
D'autres animations
De la glace à la vapeur : les changements d'état
🔥 Énergie et thermodynamiqueSeconde → BAC+1
Chauffe un bloc de glace jusqu'à la vapeur : paliers à 0 °C et 100 °C, énergie reçue et molécules qui se libèrent, en direct.
Manipuler →L'énergie d'un changement d'état : Q = m·L
🔥 Énergie et thermodynamiqueSeconde → Terminale
Fais fondre, bouillir ou geler eau, fer, plomb ou carboglace : Q = m × L se calcule en direct et la droite Q(m) compare les espèces.
Manipuler →La chaîne énergétique et le rendement
🔥 Énergie et thermodynamiquePremière → Terminale
Des grains d'énergie traversent une chaîne de convertisseurs et une partie s'échappe à chaque étape : le rendement global est le produit des rendements.
Manipuler →Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉
ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.
📘 Cours et fiches gratuitsTout le programme de maths et de physique-chimie, chapitre par chapitre, du collège au supérieur.Voir les cours →
✍️ Exercices et devoirs corrigésDes exercices progressifs et des devoirs surveillés, avec des corrigés détaillés étape par étape.S'entraîner →
👨🏫 Cours particuliersÀ domicile en Île-de-France (dès 24 €/h avec l'avance immédiate) ou en ligne partout en France.Voir les tarifs →