Centrale nucléaire et gestion des déchets

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Utilisation de l’énergie et optimisation de sa gestion - Utilisation de l'énergie et optimisation de sa gestion
Type : Partie 2 | Année : 2014 | Académie : France métropolitaine
Corpus Corpus 1
Centrale nucléaire et gestion des déchets

Le défi énergétique

sci1_1406_07_01C

Physique-chimie

22

CORRIGE

France métropolitaine • Juin 2014

Le défi énergétique • 6 points

 DOCUMENT 1 

« Une centrale électrique est une usine qui produit de l’énergie électrique. Il en existe plusieurs sortes : les centrales thermiques à combustibles fossiles, les centrales thermiques à combustibles nucléaires, les centrales hydrauliques… Toutes sont basées sur le même principe : faire tourner une turbine couplée à un alternateur qui fabrique de l’électricité.

La différence de fonctionnement se situe au niveau de la production d’énergie mécanique lors de l’entraînement de la turbine. Dans les centrales hydrauliques, l’eau des barrages actionne la turbine. Dans les centrales thermiques classiques, un combustible fossile est brûlé pour transformer de l’eau en vapeur, produisant de l’énergie thermique pour entraîner la turbine. Dans les centrales thermiques nucléaires, les noyaux d’uranium remplacent le combustible fossile. En se scindant, ces gros noyaux libèrent de l’énergie nucléaire, qui sera utilisée pour produire de la vapeur d’eau, laquelle peut activer la turbine. »

D’après le site du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, www.cea.fr

 DOCUMENT 2 

On appelle période radioactive (ou demi-vie) la durée au bout de laquelle la moitié d’une population de noyaux radioactifs s’est désintégrée.


 
 DOCUMENT 3 Période radioactive de quelques déchets radioactifs
 

Noyau radioactif

Période radioactive

Cobalt 60

5,2 ans

Tritium

12,2 ans

Césium 137

30 ans

Américium 241

432 ans

Radium 226

1 600 ans

Plutonium 239

24 110 ans

Neptunium 237

2 140 000 ans

 

D’après www.science.gouv.fr

question 1

Citez les trois différentes ressources énergétiques nommées dans le document 1.

Précisez, parmi ces trois ressources, quelles sont celles qui sont non renouvelables ?

question 2

Recopiez, en complétant les cases 1 et 3, la chaîne énergétique ci-après qui correspond à celle d’une centrale thermique à combustible nucléaire.


 

question 3

Dans les centrales nucléaires, les déchets produits contiennent de nombreux noyaux radioactifs : césium, strontium… De tels noyaux se désintègrent plus ou moins rapidement au cours du temps.

a) Sachant que le noyau atomique de strontium est composé de 38 protons et 52 neutrons, écrivez sur votre copie la représentation correcte de ce noyau parmi les quatre propositions ci-dessous :

b) En utilisant le document 2, déterminez graphiquement la période radioactive du strontium.

c) À partir du document 3 et de vos connaissances, expliquez en quoi la gestion des déchets radioactifs peut poser problème.

Les clés du sujet

Interpréter les questions

  • La question 1 vous demande de donner trois ressources énergétiques, informations que vous devez extraire du document 1.
  • La question 2 est la chaîne énergétique d’une centrale nucléaire, vue en classe. Il s’agit donc de restituer vos connaissances.
  • La question 3a porte sur les particules constituant le noyau atomique. La question 3b vous demande de déterminer la période radioactive d’un noyau dont la courbe de décroissance radioactive est donnée dans le document 2. La question 3c vous demande d’utiliser le document 3 et de mobiliser vos connaissances pour expliquer la problématique de la gestion des déchets radioactifs.

Comprendre le document

  • Le document 1 brosse un portrait rapide de trois sortes de centrales. Il explique aussi leur fonctionnement et les ressources qu’elles utilisent. Ce document rappelle simplement ce que vous avez vu en classe.
  • Le document 2 est le graphique représentant la décroissance radioactive du strontium : on y voit le nombre de noyaux se désintégrant en fonction du temps. La définition de la période radioactive est rappelée dans ce document. Vous devez l’utiliser pour répondre à la question 3b.
  • Le document 3 indique la période radioactive des noyaux constituant quelques déchets provenant des centrales nucléaires. Il doit attirer votre attention sur le fait que certaines de ces durées représentent un temps extrêmement long.

Organiser les réponses

Toutes les questions appellent des réponses très courtes, même la question 3c qui vous demande une explication. Soyez vigilants, il faut vous rappeler le symbole d’un noyau atomique avec précision pour répondre à la 3a. La définition de la période radioactive vous aiguille sur la manière dont il faut utiliser la courbe de la décroissance radioactive, vue en classe.

Corrigé
Corrigé

question 1

Les trois ressources citées dans le document 1 sont : le combustible fossile, le combustible nucléaire et l’eau. Parmi ces trois ressources, seule l’eau est renouvelable.

question 2


 

question 3

a) On déduit le nombre de nucléons en additionnant le nombre de neutrons au nombre de protons. Pour le strontium, on a donc 38 + 52 = 90. La représentation du noyau de strontium est donc : .

b) Il faut chercher, sur l’axe des abscisses, la valeur correspondant à 1 000 000 ÷ 2 = 500 000 noyaux de strontium, c’est-à-dire environ 28 ans. La période radioactive est donc t1/2= 28 ans.

c) D’après le document 3, les périodes radioactives des déchets sont des temps pour la plupart assez longs, voire extrêmement longs, comme par exemple celles pour le plutonium et le neptunium. Il est impossible dans le cas de ces déchets de garantir une gestion parfaite, qui s’étendra sur plusieurs dizaines, voire centaines de générations, car il faut considérer pour cette gestion les matériaux des conteneurs (anticorrosion), les éventuels conflits et guerre, les accidents ou les intempéries.