Comment fonctionne l’énergie nucléaire?

Parlons sciences
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Découvrez comment l'électricité est générée dans une centrale nucléaire.
L’énergie nucléaire (2014) du Musée des sciences et de la technologie du Canada (3 min 52 s).

L'énergie nucléaire fournit environ 15% de l'électricité du Canada. En 2019, le Canada comptait 19 réacteurs nucléaires, l’Ontario 18 et un au New Brunswick. 

Mais comment produit-on de l’électricité avec l’énergie nucléaire ? C’est ce que nous apprendrons ici.

L’énergie thermique est souvent utilisée pour produire de l’électricité. L’énergie thermique est un autre nom pour « énergie calorifique ». C’est avec cette énergie que l’on chauffe l’eau qui forme alors de la vapeur. Dans plusieurs endroits dans le monde, on brûle des combustibles fossiles pour obtenir cette chaleur. Voici des exemples de combustibles fossiles :

  • charbon
  • huile (petrole)
  • gaz naturel

Les réacteurs nucléaires utilisent aussi la chaleur pour produire de l’électricité. Mais les centrales nucléaires ne brûlent pas de combustibles fossiles, elles utilisent plutôt de l’uranium comme carburant. L’uranium est un élément chimique qui dégage de l’énergie naturellement. Une grande partie de l’uranium au Canada provient du bassin d’Athabasca, une région du nord de la Saskatchewan.

Les atomes d’uranium se séparent par un processus appelé fission. Lorsque plusieurs atomes se séparent en même temps, il se produit une énorme libération d’énergie sous forme d’énergie thermique. Cette énergie thermique fait bouillir l’eau. L’eau bouillie crée de la vapeur qui s’écoule vers les turbines. Les turbines sont reliées à un arbre (axe) qui tourne. L’arbre traverse la turbine jusqu’au générateur. Le générateur produit de l’électricité.

Ensuite, un système pompe de l’eau froide qui provient d’un plan d’eau extérieur, comme d’un lac, par exemple. L’eau froide refroidit et condense la vapeur. Et enfin, la vapeur de refroidissement redevient de l’eau liquide.

Composants et systèmes d’une centrale nucléair
Composants et systèmes d’une centrale nucléaire (Parlons sciences utilisant une image d’Inductiveload [CC BY-SA 2.5] via Wikimedia Commons).

L’uranium est un combustible radioactif, c’est pourquoi il peut générer de l’électricité. Mais avec le temps, il perd de sa radioactivité. Et finalement, quand il ne sera plus assez radioactif, le combustible irradié doit être stocké.

Les réacteurs nucléaires n’émettent pas de dioxyde de carbone – c’est un gros avantage – mais ils produisent du combustible irradié radioactif. Comme ce carburant continue à se décomposer pendant de nombreuses années, il est important de le stocker en toute sécurité.

Amorces de discussion

Faire des liens

  • Y a-t-il une centrale nucléaire près de chez vous? Quel est le nom de cette centrale?
  • Savez-vous quelle source d'énergie alimente votre maison? Y a-t-il des appareils électroménagers, des lumières ou des appareils dans votre maison qui utilisent une autre source d'énergie
     

Faire des liens

  • Y a-t-il une centrale nucléaire près de chez vous? Quel est le nom de cette centrale?
  • Savez-vous quelle source d'énergie alimente votre maison? Y a-t-il des appareils électroménagers, des lumières ou des appareils dans votre maison qui utilisent une autre source d'énergie
     

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Comment l'énergie nucléaire impacte-t-elle l'environnement différemment de l'énergie provenant de combustibles fossiles?
  • Quels facteurs pourraient influencer ou déterminer la source d'énergie utilisée dans votre communauté?
     

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Comment l'énergie nucléaire impacte-t-elle l'environnement différemment de l'énergie provenant de combustibles fossiles?
  • Quels facteurs pourraient influencer ou déterminer la source d'énergie utilisée dans votre communauté?
     

Explorer les concepts

  • Qu'est-ce qu'une centrale nucléaire?
  • Quel est la fonction des pastilles d'uranium dans un réacteur nucléaire?
  • Quelle forme d'énergie est produite à la suite de la fission nucléaire? Comment cette énergie devient-elle de l'énergie électrique?
  • Comment la vapeur est-elle utilisée dans une centrale nucléaire? Comment la vapeur est-elle recyclée?
  • Quels déchets sont générés par la production d’énergie nucléaire? Qu'advient-il de ces déchets?
  • Pensez-vous qu'il soit nécessaire de disposer de différentes sources d'énergie pour produire de l'électricité? Pourquoi ou pourquoi pas?
     

Explorer les concepts

  • Qu'est-ce qu'une centrale nucléaire?
  • Quel est la fonction des pastilles d'uranium dans un réacteur nucléaire?
  • Quelle forme d'énergie est produite à la suite de la fission nucléaire? Comment cette énergie devient-elle de l'énergie électrique?
  • Comment la vapeur est-elle utilisée dans une centrale nucléaire? Comment la vapeur est-elle recyclée?
  • Quels déchets sont générés par la production d’énergie nucléaire? Qu'advient-il de ces déchets?
  • Pensez-vous qu'il soit nécessaire de disposer de différentes sources d'énergie pour produire de l'électricité? Pourquoi ou pourquoi pas?
     

Littératie médiatique

  • Avez-vous vu des publicités spécifiquement sur le nucléaire? Sur quoi se concentrent ces publicités? Comment mettriez-vous en avant l'énergie nucléaire?

Littératie médiatique

  • Avez-vous vu des publicités spécifiquement sur le nucléaire? Sur quoi se concentrent ces publicités? Comment mettriez-vous en avant l'énergie nucléaire?

Suggestions pour l'enseignement

  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés comme support à l'enseignement et l'apprentissage de la physique, de la technologie et de l'ingénierie, de l'énergie nucléaire et de l'électricité en relation avec le transfert de chaleur et la production d'électricité. Les concepts présentés comprennent les centrales nucléaires, électricité, énergie thermique, uranium, élément, fission, vapeur, turbines, arbre et générateur.
  • Avant de visionner la vidéo et de lire l'article, les enseignants peuvent fournir aux étudiants un aperçu du vocabulaire afin de les aider à utiliser leurs connaissances et à introduire une nouvelle terminologie. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF]. 
  • Pendant le visionnage de vidéos, les enseignants peuvent demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Ligne d’importance pour les aider à noter et à organiser les points clés de la vidéo. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette vidéo sont disponibles aux formats [Document Google] et [PDF].
  • Pour aider les élèves à consolider leurs apprentissages, les enseignants peuvent leur demander de créer un organisateur graphique décrivant les étapes fondamentales de la production d'électricité dans une centrale nucléaire, en commençant par l'énergie thermique produite par la fission nucléaire.   
     

Suggestions pour l'enseignement

  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés comme support à l'enseignement et l'apprentissage de la physique, de la technologie et de l'ingénierie, de l'énergie nucléaire et de l'électricité en relation avec le transfert de chaleur et la production d'électricité. Les concepts présentés comprennent les centrales nucléaires, électricité, énergie thermique, uranium, élément, fission, vapeur, turbines, arbre et générateur.
  • Avant de visionner la vidéo et de lire l'article, les enseignants peuvent fournir aux étudiants un aperçu du vocabulaire afin de les aider à utiliser leurs connaissances et à introduire une nouvelle terminologie. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF]. 
  • Pendant le visionnage de vidéos, les enseignants peuvent demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Ligne d’importance pour les aider à noter et à organiser les points clés de la vidéo. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette vidéo sont disponibles aux formats [Document Google] et [PDF].
  • Pour aider les élèves à consolider leurs apprentissages, les enseignants peuvent leur demander de créer un organisateur graphique décrivant les étapes fondamentales de la production d'électricité dans une centrale nucléaire, en commençant par l'énergie thermique produite par la fission nucléaire.   
     

En savoir plus

Le fonctionnement d’une centrale nucléaire

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Quels sont les avantages et les inconvénients de l’énergie nucléaire?

Ces deux vidéos présentent des arguments pour et contre l'utilisation de l'énergie nucléaire pour la production d'électricité dans cet article Parlons sciences.

Références

Commission canadienne de sûreté nucléaire. (2018). Systèmes de sûreté des centrales nucléaires.

Chandler, N. (2012, aout 29). How does nuclear waste disposal work? HowStuffWorks.

Whitlock, J. (2019, avril 6). Canadian nuclear FAQ. Nuclear FAQ.