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TPE : LENERGIE NUCLEAIRE : De latome à lélectricité. Réalisé par : Jean-Loup Massy Nicolas Pascouau Benjamin Négraud.

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1 TPE : LENERGIE NUCLEAIRE : De latome à lélectricité. Réalisé par : Jean-Loup Massy Nicolas Pascouau Benjamin Négraud

2 Introduction Ce TPE va vous présenter lénergie nucléaire dans tous ces états. Après une courte approche historique, nous verrons le principe scientifique de lénergie nucléaire, puis nous verrons différents exemples dutilisation de lénergie nucléaire. Enfin nous dresserons le bilan de lutilisation de lénergie nucléaire aujourdhui en France et dans le monde. La conclusion répondra à la problématique principale de ce TPE : le nucléaire est-il une énergie davenir ?

3 Quest que lénerie nucléaire ? Lénergie nucléaire est lénergie obtenue a partir du noyau de certains atomes. Il existe différents moyens de libérer cette énergie : la fission du noyau, la fusion du noyau et la radioactivité. Ces moyens sont présentés ci après.

4 Approche historique -Petite histoire de latome : - En 455 avant J.C., des savants grecs émettent lhypothèse quil existe une entité indestructible de la matière quils baptisent « atomos » ( en grec : incassable ) - En 1896, le physicien français Henri Becquerel découvre que des plaques photographiques quil avait laissé prés de sels dUranium dans une pièce à labri de la lumière ont été impressionnées. Il détermine alors que les seuls responsables possibles de limpression ne peuvent être que les sels dUranium. Il vient de découvrir la radioactivité naturelle. - De 1911 à 1913, Rutherford et Bohr, deux chercheurs allemands, mettent au point le modèle de latome : ils déterminent quil est constitué dun noyau contenant des protons chargés positivement, et quautour de ce noyau gravitent des électrons chargés négativement. Enfin ils déterminent que latome est électriquement neutre. -Petite histoire du nucléaire : - En 1919, Ernest Rutherford réalise la première désintégration nucléaire : en bombardant des atomes dazote avec des rayons alpha, il parvient à les transformer en un isotope de loxygène. - En 1939, Fréderic Joliot-Curie et des chercheurs allemands découvrent la fission du noyau de certains atomes dits fissiles, et découvrent quelle peut provoquer une grande chaleur et une réaction en chaine.

5 La fusion nucléaire La fusion nucléaire est le mode de libération de lénergie nucléaire le plus naturel car elle se produit dans le soleil depuis des milliards dannées. Elle consiste à faire fusionner deux noyaux atomiques pour former un noyau plus lourd. Dans le Soleil, ce sont un noyau de detérium et un noyau de tritium ( isotopes radioactifs de l'hydrogéne comportant respectivement 1 et 2 neutrons ) qui fusionnent pour donner un noyau d'helium 4 et un neutron. Cette fusion nécessite une grande quantité de chaleur, mais la chaleur produite est prés de mille fois plus intense. Pour linstant, on ne sait pas reproduire cette fusion sur Terre mais des recherches sont en cours pour essayer dobtenir de lénergie à partir de la fusion dautres noyaux que ceux des isotopes de lhydrogène.

6 La fusion en images

7 La fission nucléaire La fission est un autre moyen de libérer lénergie nucléaire. On ne peut lutiliser quavec très peu datomes dont le noyau est dit fissile, comme luranium 235 ou le plutonium 239. Il existe deux types de fission nucléaire, la fission induite et la fission spontanée. La fission induite consiste en une collision entre un neutron libre et le noyau dun atome fissile. Cette collision provoque la rupture en 2 du noyau de latome et la libération de 2 ou 3 neutrons. Cette rupture permet également de libérer une grande énergie qui, comme pour la fusion, se manifeste sous forme de chaleur. Pour la fission spontanée, cest le même principe sauf que le noyau se scinde tout seul en deux, sans collision avec un neutron. Les neutrons libérés vont à leur tour entrer en collision avec dautres noyaux fissiles qui vont à leur tour se scinder en deux, libérer deux ou trois neutrons chacun et libérer lénergie quil contient : cest la réaction en chaîne.

8 La fission en images

9 La radioactivité La radioactivité est un autre moyen de libérer lénergie nucléaire. Cest une propriété naturelle de certains atomes dits « lourds ». Les noyaux de ces atomes contient beaucoup de particules quil ont du mal a retenir. Ils sont dits instables. Pour se stabiliser, ces noyaux vont se désintégrer cest à dire quil vont emmètre des particules ou des rayons pour se transformer en des atomes plus stables. Cest la radioactivité naturelle. Il existe 3 types de radioactivités naturelles : -La radioactivité alpha (α) : éjection dun noyau dhélium 4 par le noyau de latome. Cest ce rayonnement quutilise latome duranium 235 pour se stabiliser : il éjecte plusieurs noyau dhélium 4 pour se transformer en un autre atome, le radium 226, lui aussi radioactif, qui se transforme ensuite en radon 222, aussi radioactif qui se transforme lui-même par désintégrations successives en plomb 206, non radioactif. -La radioactivité béta ( β) : éjection par un noyau instable dun seul neutron, comme pour le thorium 234. Certains noyaux trop chargés en protons vont emmètre un positron, une particule de même masse que lélectron mais chargé positivement. -La radioactivité gamma (γ) : émission simple dun rayonnement, comme pour le nickel 60.

10 La radioactivité ( suite ) Certains noyaux ne peuvent se désintégrer que quelques minutes après leur création, comme loxygène 15 ( 2,02 minutes, il se transforme ensuite en oxygène 16, non radioactif), dautres le peuvent pendant plusieurs milliards dannées, comme luranium 238 ( 4.48 milliards dannées). Cette durée sappelle la période radioactive de latome. On peut aussi créer des isotopes radioactifs à des atomes, quils soient radioactifs ou non. On peut ainsi créer de luranium 235 avec de luranium 238, mais aussi du nickel 60 gràce à du cobalt 60. On utilise pour cela une machine appellée cyclotron qui transforme des protons en neutrons.

11 La radioactivité en images Ci-dessous un cyclotron

12 Les utilisations de lénergie nucléaire Après avoir vu les moyens dextraire lénergie nucléaire, nous allons maintenant voir les différents utilisations de cette énergie. Comme nous ne pouvons pas étudier toutes les utilisations, nous allons voir 4 exemples dutilisation. 1 er exemple : La production délectricité dans une centrale à eau pressuirisée.

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14 2 ème exemple : La bombe nucléaire

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16 3 ème exemple : La médecine nucléaire On utilise la médecine nucléaire en imagerie médicale. Pour cette médecine, on injecte à un patient un produit à base datomes qui emmettent une radioactivité de type gamma, cest-à-dire un rayonnement simple. On enregistre ensuite le déplacement de ce produit dans le corps que lon peut suivre grâce à son rayonnement à laide dun appareil de radiographie. En fonction du produit utilisé, on peut surveiller le fonctionnement dun organe précis, par exemple le thallium pour le cœur.

17 3 ème exemple : La médecine nucléaire On peut aussi utiliser la radioactivité pour le traitement de certaines maladies, principalement le cancer. Dans un cyclotron, on produit des protons et des neutrons qui sont ensuite bombardés à laide dun appareil de radiothérapie sur certaines cellules dont ils vont rompre certaines parties de lADN de façon à empêcher leur multiplication.

18 Bilan du nucléaire aujourdhui en France. Les différentes utilisations du nucléaire aujourdhui en France sont : - la production délectricité : 19 centrales en activité totalisant 58 réacteurs dune capacité totale de production de TWh ( soit 78 % de lénergie consommée) dont : - 34 réacteurs dune puissance de 900 MWh - 20 réacteurs dune puissance de 1300 MWh - 4 réacteurs dune puissance de 1450 MWh - la défense nationale : il y a en France 4 centres de recherches concernant la bombe nucléaire - militaire : larmée française utilise lénergie nucléaire pour faire fonctionner les moteurs des navires à propulsion nucléaire et pour permettre une autonomie de plusieurs mois en électricité et en carburant sans avoir à remonter à la surface aux sous-marins. - médicale : la France utilise beaucoup la radiographie à laide disotopes radioactifs.

19 Bilan du nucléaire aujourdhui en France. Ci contre de gauche à droite et de haut en bas : la centrale nucléaire de Civaux, un essai nucléaire français à Mururoa, le porte avions nucléaire Charles de Gaulle et le sous-marin nucléaire SNLE « Le Terrible »

20 Bilan du nucléaire aujourdhui dans le monde Aujourdhui dans le monde on note de fortes disparités entre les pays quant à lutilisation de lénergie nucléaire. Ceci sexplique par le manque de moyens des pays en développement : - En effet, pour que lélectricité produite à partir du nucléaire soit compétitive, il est nécessaire de pouvoir produire de grandes quantité dénergie en même temps, ce qui coûte très cher. - Pour les autres utilisations de l énergie nucléaire, les pays en develloppement manquent aussi de moyens pour acheter du matériel, mais manquent surtout de personnel compétent pour lutiliser. - En conclusion, nous dirons que seuls les pays dévellopés peuvent bénificier de lénergie nucléaire.

21 Bilan du nucléaire aujourdhui dans le monde Ci contre, en haut, le graphique montrant la part du nucléaire dans la production mondiale délectricité, ci-dessous, à gauche, la carte de répartition des réacteurs nucléaires et, à droite, la carte des pays possédant larme nucléaire.

22 Conclusion Lénergie nucléaire comme mode de production délectricité : une solution davenir ?

23 Principaux avantages et inconvénients de l'énergie nucléaire CARACTERISTIQUESAVANTAGESINCONVENIENTSCOMMENTAIRES Produit essentiellement de l'électricité Energie aux usages multiples Se prête mal à l'utilisation directe dans les transports Ne peut remplacer les hydrocarbures, au moins dans cette tranche d'utilisation, qui représente 20% des besoins en énergie Coût de l'énergie produite CompétivitéInvestissements élevésFonctionnement en base Disponibilité>80% Insensible aux aléas climatiques Sensibilité du coût de production au prix de l'uranium naturel <1% Le prix de l'uranium peut augmenter sans effet notable sur le coût de l'énergie produite. Taille unitaire des installations de production Grandes puissances unitaires (1000 MW) Réacteurs de petite puissance non compétitif Mal adaptée pour pays en voie de développement sauf pour les grandes concentrations urbaines. Diversité des approvisionnements Ressources en uranium bien diversifiée Le prix de l'uranium est indépendant de celui du pétrole Production de CO²0 Aucun effet de serre Production de déchetsTrès faible volume Radioactivité élevée et longue durée de vie Handicap principal actuel de l'énergie nucléaire Effets d'irradiation direct <1% à la radioactivité naturelle Risques d'accidents radioactifs <1 par million d'annéesEffet considérable Risque décroissant avec l'amélioration de la sûreté Sensibilité aux attentats et à la malveillance Comparables à d'autres industries sensibles Protection en constante amélioration

24 Et quen pense la population ?

25 FIN !! En espérant que ce diaporama vous à plu, Nos sources : -CEA -SFEN -EDF


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