Devoir à la Maison n°15 Approche documentaire : Fonctionnement

DM 15
Centrale nucléaire
Pour le 23 juin 2014
Devoir à la Maison n°15
Approche documentaire : Fonctionnement d’une centrale nucléaire
Objectif : A partir des documents fournis, comprendre le fonctionnement d’une centrale nucléaire,
dégager les paramètres limitant leur rendement.
Lire attentivement les documents suivants (disponibles sur le site internet de la TSI) :
Document 1 : Schéma de principe d’une centrale nucléaire
Document 2 : Livret-Réacteur.pdf . Source CEA (commissariat à l’énergie atomique)
Document 3 : Mémo A, C, E. Source CEA (commissariat à l’énergie atomique)
Document 4 : Site internet EDF : Vidéo « Vapeur ».
http://energie.edf.com/nucleaire/comment-ca-marche-y/les-grands-principes-de-fonctionnement48400.html
Document 5 : Centrale nucléaire PWR 1300 MW. Extrait du rapport Ampère
Le réacteur chauffe de l'eau sous pression à 155 bar et 300°C : c'est le circuit primaire.
Cette eau permet de produire de la vapeur dans le circuit secondaire qui n'est pas en contact avec
des matières radioactives.
Le diagramme ci contre décrit le circuit
secondaire (coordonnées (s,T)):
- de 1 à 2 : production de vapeur non
surchauffée à 70 bar, 285°C
- de 2 à 3 : détente dans turbine haute pression
jusqu'à 10 bar, 180°C
- de 3 à 4 : surchauffe vapeur jusqu'à 10 bar,
267°C
- de 4 à 5 : détente dans turbines moyenne et
basse pression jusqu'à 56 mbar 35°C. A ce
point il y a 87 % de vapeur (titre = 0.87).
- de 5 à 1 : condensation puis pompage de l'eau
jusqu'à 70 bar.
Rendement cycle réel 34 %.
Rendement machine parfaite 37 % (cas où les
transformations 2 - 3 et 4 - 5 serait des droites
verticales).
Si en été la température du condenseur monte à 50 °C le rendement réel diminue à 31 % (29 % si
60°C). Dans ce cas la ligne 1 - 5 remonte et donc le travail de la vapeur et le rendement diminuent.
Pour l'EPR le point 2 remonte à 78 bar, 296°C et le rendement à 37 %.
O.KELLER – TSI1
Page 1 sur 2
Lycée Louis Vincent Metz
DM 15
Centrale nucléaire
Pour le 23 juin 2014
Répondre aux questions suivantes.
1. Combien de circuits comporte une centrale nucléaire classique ?
2. Les éléments radioactifs « sortent-ils » de l’enceinte de confinement ?
Source de chaleur : Le réacteur :
3. Quand a été créé le premier réacteur nucléaire ?
4. Quelle réaction permet la production d’énergie thermique ?
5. Quel est le rôle des « barres de contrôle » ? De quel matériau sont-elles constituées
6. Quel est le rôle du « modérateur » ? Quels sont les types de modérateurs utilisés actuellement ?
7. Quel est le rôle du « caloporteur » ? Quels sont les types de caloporteurs utilisés actuellement ?
8. Quelles propriétés doivent posséder les matériaux servant de gainage du combustible ou ceux
constituants la cuve du réacteur ?
9. Quel est le matériau le plus utilisé pour le gainage du combustible ?
Production d’électricité : Circuit secondaire
10. Comment s’appelle le cycle thermodynamique décrit par l’eau du circuit secondaire ? Est-ce un
cycle moteur ou récepteur ?
11. Quel système joue le rôle de la source chaude ? de la source froide ?
12. Dans une centrale à eau pressurisée, quelle pression et température maximale atteint la vapeur
d’eau produite ?
13. Quelles sont la pression et la température minimale atteintes par l’eau ?
14. Quel est le rendement énergétique de ce type de centrale ? Le rendement est-il le même quelque
soit la saison ?
15. Comment peut-on procéder pour augmenter ce rendement ?
16. Combien de turbine possède une centrale nucléaire ?
17. Pourquoi doit-on réchauffer la vapeur entre le passage dans la turbine haute pression et les
turbines basse pression ?
Circuit de refroidissement.
18. A quoi servent les aéroréfrigérants ?
19. La centrale de Cattenom est équipée de 4 aéroréfrigérants pour 4 réacteurs alors que celle de
Fessenheim ne possède aucun aéroréfrigérant. Proposer une explication quant à cette différence
de conception.
Question bonus : Quel poste occupe Homer dans la centrale nukélaire de Springfield ? Dans quel
secteur ?
O.KELLER – TSI1
Page 2 sur 2
Lycée Louis Vincent Metz