Produire de l’énergie électrique dans les centrales électriques

Les sources d’énergies épuisables  Les sources fossiles Elles se sont formées à partir de la décomposition de matière vivante au cours des temps géologiques

Le gaz naturel Le charbon de bois Le pétrole

 Les sources fissibles Elles sont composées d’éléments dont on peut casser les atomes pour former de l’énergie L’uranium

Les sources renouvelables

Le groupe turbine-alternateur La turbine La bobine fixe (stator) Mise en mouvement par de l’eau ou de la vapeur, elle fait tourner l’axe sur lequel elle est fixée Elle est composée d’une bobine de fils de cuivre qui ne bouge pas L’aimant mobile (rotor) Il est composé d’une série d’aimants collés sur la roue entrainée par l’axe La proximité avec les aimants tournants du rotor crée le courant électrique

La dynamo de bicyclette Carcasse de l’alternateur Cage et bobine de cuivre fixe (stator) Aimant tournant (rotor)

La centrale hydraulique Un transformateur élève la tension électrique pour le transport dans les lignes haute tension Des vannes sont ouvertes pour acheminer l’eau jusqu’à la centrale par de longs tuyaux Le barrage retient de grande quantité d’eau L’eau fait tourner la turbine qui entraine l’alternateur

L’éolienne Un transformateur élève la tension électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à moyenne tension du réseau. L’hélice entraine le système turbine-alternateur Sous l’effet du vent, l’hélice se met en marche

La centrale thermique à flamme http://clemspcreims.free.fr/Simulation/fonctionnement_centrale_thermique.swf La combustion (gaz, charbon, fioul) brule dans une chaudière en dégageant de la chaleur

La chaleur transforme l’eau de la chaudière en vapeur

La vapeur fait tourner une turbine qui entraine l’alternateur À la sortie de la turbine, la vapeur est à nouveau transformée en eau grâce à un condenseur

La centrale nucléaire http://clemspcreims.free.fr/Simulation/fonctionnement_centrale_nucleaire.swf

Le circuit primaire Dans le réacteur, la fission nucléaire produit une grande quantité de chaleur  L’eau chauffée à 320°C circule dans le circuit où elle est mise sous pression pour la maintenir à l’état liquide

Le circuit secondaire  L’eau chaude du circuit primaire chauffe l’eau du circuit secondaire qui se transforme en vapeur  Cette vapeur fait tourner une turbine couplée à un alternateur qui produit de l’électricité  L’électricité transite ensuite sur les lignes à très haute tension à partir du transformateur

Le circuit de refroidissement  L’eau de ce 3ième circuit refroidit le circuit secondaire à travers un condenseur alimentée par de l’eau en provenance de la mer ou d’un fleuve

Le nucléaire

Le noyau atomique L’atome est composé d’un noyau chargé positivement autour duquel se déplacent des électrons chargés négativement

→ Le noyau est composé de deux sortes de particules : Les protons chargés positivement Les neutrons, neutres Ces particules constituent les nucléons

le nombre de protons qu’il contient  Le nombre de charge Z ou numéro atomique d’un noyau est le nombre de protons qu’il contient  Le nombre de masse A d’un noyau est le nombre de ses nucléons

Le symbole d’un noyau est Nombre de nucléons X Z Nombre de protons noyaux protons nucléons neutrons 1 1 24 52 28 40 91 51

La fission nucléaire  Lors d’une réaction de fission, un noyau lourd éclate sous l’impact d’un neutron

Cette réaction concerne des noyaux dits fissibles, comme l’uranium ou le plutonium

3 2 C’est la réaction en chaine + + La réaction de fission est provoquée par un neutron ; la réaction libère d’autres neutrons qui peuvent à leur tour provoquer la fission d’autres noyaux d’uranium : C’est la réaction en chaine  Cette réaction est contrôlée dans les centrales et incontrôlées dans les bombes nucléaires.

La fusion nucléaire  Lors d’une réaction de fusion, deux noyaux légers s’associent pour former un noyau plus lourd deutérium tritium hélium

La fusion de 2 noyaux chargés positivement nécessite des températures très élevées et une pression très grande  Ces conditions sont réunies dans le soleil et les étoiles, les réactions de fusion peuvent s’y produire spontanément.

 Depuis une trentaine d’années, de nombreux laboratoires étudient la fusion du deutérium et du tritium (projet ITER, Laser Mégajoule, etc...)

La décroissance radioactive La période radioactive (ou demi-vie) d’un élément radioactif est la durée nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux initiaux

Lors d’une scintigraphie, un patient absorbe 1mg d’iode 131 radioactif -

La période de l’iode 131 est donc de 7,6 jours Etudions l’évolution au cours du temps de la dose absorbée Au bout de 7,6 jours il reste dans le corps du patient, la moitié de la quantité initiale absorbée La période de l’iode 131 est donc de 7,6 jours T 2T

Quelques exemples de périodes  14C 131I 30S 4,5.109 ans 7.108 ans 5700 ans 8 jours 3 min Au bout d’une durée de 20 périodes , le radioélément est considéré comme inactif.

- ni trop courte (pour pouvoir faire des examens) Conséquences   En médecine, on utilise des éléments radioactifs dont la période est : - ni trop courte (pour pouvoir faire des examens) - ni trop longue (pour ne pas irradier le patient trop longtemps)  Dans les centrales nucléaires, on utilise des éléments radioactifs qui ont une période très longue (uranium) ce qui pose le problème de stockage des matériaux.