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Activité 14 – La fission nucléaire et la réaction en chaîne DÉCOUVERTE

Chapitre 1 – Évaluer la puissance consommée | Terminale Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 35 min

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

ℹ️ Cette activité aborde des notions au-delà du programme de Bac Pro (E = mc², réaction en chaîne) : elle vise à comprendre, de façon qualitative, d'où vient la chaleur d'une centrale nucléaire. Aucun calcul difficile n'est exigé.

Objectifs :

Situation – visite d'une centrale nucléaire

En visite dans une centrale nucléaire, un groupe d'élèves veut comprendre d'où vient l'énorme chaleur du réacteur. Un ingénieur leur explique la fission de l'uranium et la réaction en chaîne, contrôlée par des barres qui absorbent les neutrons.

Document — données

Problématique : Comment une réaction en chaîne libère-t-elle de l'énergie, et comment la maîtrise-t-on dans un réacteur ?

Question 1 APP

Dans la simulation, injecte un neutron (bouton ou clic). Décris ce qui se passe quand il rencontre un noyau d'uranium.

Le neutron casse le noyau (fission) : le noyau disparaît, libère de l'énergie (éclair) et émet plusieurs nouveaux neutrons qui partent dans toutes les directions.

Question 2 APP

Que deviennent les neutrons émis par une fission ? Pourquoi parle-t-on de « réaction en chaîne » ?

Les neutrons émis vont casser d'autres noyaux, qui émettent à leur tour des neutrons, etc. Chaque fission en provoque d'autres : c'est une réaction en chaîne.

Question 3 ANA

Règle les barres de contrôle sur une forte absorption (par ex. 70 %). Injecte un neutron. Que se passe-t-il ? Comment la simulation qualifie-t-elle ce régime ?

La réaction s'éteint rapidement : trop de neutrons sont absorbés, chaque fission en provoque moins d'une autre. Régime sous-critique (k < 1).

Question 4 ANA

Diminue l'absorption (par ex. 0 à 10 %) et injecte un neutron. Que se passe-t-il ? Comment ce régime est-il appelé ?

La réaction s'emballe : le nombre de fissions et de neutrons explose. Régime sur-critique (k > 1).

Question 5 VAL

Cherche le réglage des barres pour lequel la réaction se maintient de façon stable (ni emballement, ni extinction). C'est le régime d'un réacteur en marche : comment s'appelle-t-il ?

C'est le régime critique (k ≈ 1) : en moyenne, chaque fission en déclenche exactement une autre. La réaction est entretenue à puissance constante. Les barres de contrôle servent justement à régler ce point dans un réacteur.

Question 6 APP

D'après l'encadré de la simulation, d'où vient l'énergie libérée à chaque fission ? Recopie la relation d'Einstein.

Une petite partie de la masse du noyau se transforme en énergie selon \(E = m c^2\) (\(c\) = vitesse de la lumière). C'est ce qui libère ≈ 200 MeV par fission.

Question 7 REA

La simulation compte les fissions et l'énergie. Si une fission libère \(3{,}2\times10^{-11}\) J, quelle énergie libèrent 10 fissions ? Et un milliard (\(10^9\)) ?

10 fissions : \(10 \times 3{,}2\times10^{-11} = 3{,}2\times10^{-10}\) J.

\(10^9\) fissions : \(10^9 \times 3{,}2\times10^{-11} = 3{,}2\times10^{-2} = 0{,}032\) J. Il faut un nombre gigantesque de fissions pour une énergie « humaine » — mais dans 1 g d'uranium il y en a des milliards de milliards !

Question 8 COM

Explique en 4 lignes, pour un visiteur, comment la centrale nucléaire produit de la chaleur et comment on évite l'emballement.

« Dans le réacteur, des neutrons cassent les noyaux d'uranium 235 : c'est la fission. Chaque fission transforme un peu de masse en énergie (E = mc²) et libère d'autres neutrons, qui entretiennent une réaction en chaîne. Cette énergie chauffe l'eau et produit la vapeur de la centrale. Pour éviter l'emballement, des barres de contrôle absorbent une partie des neutrons : on maintient ainsi la réaction au point critique (stable). »

Pour aller plus loin (bonus)

Une fois la chaleur produite par la fission, la suite est identique aux autres centrales. Ouvre la simulation Centrale à vapeur (source nucléaire) et décris le trajet de l'énergie jusqu'à l'électricité.

Chaleur de la fission → vapeur d'eau → turbine (elle tourne) → alternateur (électricité) → condenseur (refroidissement). Le rendement reste limité à ~33 % : comme toute machine thermique, la centrale nucléaire rejette une grande partie de la chaleur.

À retenir

Réponse à la problématique : la fission casse des noyaux d'uranium en libérant de l'énergie (\(E = mc^2\)) et des neutrons qui entretiennent une réaction en chaîne. On la maîtrise avec des barres de contrôle qui absorbent les neutrons, pour rester au point critique (stable).

📚 Activité de découverte (au-delà du programme) en lien avec la production d'énergie (leçon Ch01).