Chapitre 1 – Évaluer la puissance consommée | Terminale Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 01:05
À ton avis, l'eau qui passe dans le réacteur nucléaire est-elle la même que celle qui fait tourner la turbine, puis que celle qui est rejetée à la mer ?
Non ! Ce sont trois circuits d'eau totalement séparés, qui échangent seulement de la chaleur à travers des parois métalliques. L'eau qui a été au contact du cœur ne sort jamais du bâtiment réacteur : c'est une barrière de sûreté essentielle. Tu vas le vérifier dans la simulation.
Yanis est technicien de maintenance à la centrale nucléaire de Penly, au bord de la Manche, à une dizaine de kilomètres de Dieppe. Aujourd'hui, il accueille un groupe de stagiaires : il doit leur expliquer le trajet de l'énergie, du cœur du réacteur jusqu'au réseau électrique, et leur montrer pourquoi la centrale pompe autant d'eau de mer.
Ouvre la simulation et laisse-la tourner à pleine puissance. Repère les trois circuits d'eau (couleurs de la légende). Pour chacun, indique où il circule et son rôle.
Circuit primaire (rouge) : entre le cœur et le générateur de vapeur, dans le bâtiment réacteur — il transporte la chaleur de la fission. Circuit secondaire (gris/bleu) : générateur de vapeur → turbine → condenseur → retour — sa vapeur fait tourner la turbine. Circuit de refroidissement (bleu) : eau de mer pompée dans la Manche, qui refroidit le condenseur puis retourne à la mer.
Pourquoi ces trois circuits sont-ils séparés (l'eau ne se mélange jamais) ? Que se passerait-il sinon ?
C'est une barrière de sûreté : l'eau du circuit primaire, qui a été au contact du cœur, est légèrement radioactive. En la gardant dans un circuit fermé, ni la vapeur de la turbine ni l'eau rejetée à la mer ne sont au contact de la radioactivité. Seule la chaleur passe d'un circuit à l'autre, à travers les parois des échangeurs.
Enfonce progressivement les barres de contrôle jusqu'à 100 %. Décris ce qui se passe dans la simulation (cœur, turbine, ligne électrique). À quoi servent donc les barres de contrôle ?
La lueur du cœur s'éteint, la vapeur cesse de circuler, la turbine s'arrête et la puissance envoyée au réseau tombe à 0 MW. Les barres absorbent les neutrons : plus elles sont enfoncées, plus la réaction en chaîne ralentit. Elles servent à régler la puissance du réacteur, et à l'arrêter complètement si besoin (arrêt automatique de sûreté).
Remets les barres à 0 % (pleine puissance) et sélectionne 1 réacteur. Relève \(P_{th}\) et \(P_{élec}\). Vérifie par le calcul que \(P_{élec} = \eta \times P_{th}\) avec \(\eta = 0{,}35\).
\(P_{th} = 3\,800\) MW et \(P_{élec} = 0{,}35 \times 3\,800 = 1\,330\) MW : c'est bien la valeur affichée, et la puissance réelle d'un réacteur de Penly.
Calcule la puissance rejetée vers la mer par un réacteur à pleine puissance : \(P_{rejetée} = P_{th} - P_{élec}\). Que représente-t-elle par rapport à \(P_{th}\) (en %) ?
\(P_{rejetée} = 3\,800 - 1\,330 = 2\,470\) MW, soit \(2\,470 / 3\,800 = 0{,}65 = 65\,\%\) de la puissance thermique. Presque les deux tiers de la chaleur produite partent vers la mer : c'est la limite de toute machine thermique.
À l'aide du synoptique ci-dessus, complète la chaîne énergétique en associant chaque conversion à un élément de la centrale :
énergie nucléaire → énergie thermique → énergie mécanique → énergie électrique.
Énergie nucléaire → thermique : la fission dans le cœur chauffe l'eau. Énergie thermique → mécanique : la vapeur produite au générateur de vapeur fait tourner la turbine. Énergie mécanique → électrique : l'alternateur, entraîné par la turbine, produit l'électricité envoyée au réseau.
Avec un débit d'eau de mer \(Q = 70\) m³/s (soit 70 000 kg/s), calcule l'échauffement de l'eau rejetée : \(\Delta T = \dfrac{P_{rejetée}}{m_{par\ seconde} \times c}\) avec \(P_{rejetée} = 2\,470\) MW \(= 2{,}47\times10^{9}\) W. Compare avec la valeur affichée par la simulation.
\(\Delta T = \dfrac{2{,}47\times10^{9}}{70\,000 \times 4\,180} = \dfrac{2{,}47\times10^{9}}{2{,}93\times10^{8}} \approx 8{,}4\) °C. C'est bien la valeur affichée : l'eau de mer ressort environ 8 °C plus chaude qu'elle n'est entrée.
Dans la simulation, baisse le débit à 30 m³/s. Que devient l'échauffement ΔT ? Pourquoi la centrale doit-elle surveiller cette valeur, et que peut-elle faire pour la réduire ?
À 30 m³/s, \(\Delta T \approx 19{,}7\) °C : la simulation signale un échauffement trop élevé. Un rejet trop chaud perturbe le milieu marin (faune, flore) ; l'échauffement autorisé est réglementé. Pour le réduire, la centrale peut augmenter le débit de pompage (la même chaleur est diluée dans plus d'eau) ou baisser la puissance du réacteur.
À la place de Yanis, explique en 4 lignes aux stagiaires le trajet de l'énergie dans la centrale, et pourquoi il est normal qu'une grande partie de la chaleur parte à la mer.
« La fission chauffe l'eau du circuit primaire, qui transmet sa chaleur au circuit secondaire dans le générateur de vapeur. La vapeur fait tourner la turbine, qui entraîne l'alternateur : c'est lui qui produit l'électricité. Comme toute machine thermique, la centrale ne peut convertir qu'environ 35 % de la chaleur en électricité : le reste est évacué par le condenseur vers l'eau de mer, dans un troisième circuit séparé des deux autres. »
Sélectionne « Site complet — 2 réacteurs » à pleine puissance. 1) Relève la puissance électrique du site et le nombre de foyers alimentés. 2) Calcule l'énergie produite en un an à cette puissance (\(E = P \times t\), avec 1 an = 8 760 h) et compare au chiffre réel de Penly (≈ 16 TWh/an). Comment expliquer l'écart ?
1) \(P_{site} = 2 \times 1\,330 = 2\,660\) MW, plus de 4 millions de foyers. 2) \(E = 2\,660 \times 8\,760 \approx 23{,}3\times10^{6}\) MWh \(\approx 23\) TWh. La production réelle (≈ 16 TWh) est plus faible car la centrale ne tourne pas toute l'année à pleine puissance : arrêts pour maintenance et rechargement du combustible, baisses de puissance pour suivre la demande du réseau.
Réponse à la problématique : la chaleur de la fission passe du cœur au générateur de vapeur (circuit primaire), la vapeur entraîne la turbine puis l'alternateur (circuit secondaire), et la chaleur non convertie (~65 %) est évacuée vers la mer par le condenseur (circuit de refroidissement).
📚 Production d'énergie électrique et bilan de puissance (leçon Ch01). Voir aussi l'activité 14 (d'où vient la chaleur : la fission) et l'activité 11 (le cycle vapeur en général).