La catastrophe de Fukushima

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re L - 1re ES | Thème(s) : Utilisation de l'énergie et optimisation de sa gestion
Type : Partie 2 | Année : 2013 | Académie : Nouvelle-Calédonie
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
La catastrophe de Fukushima

Le défi énergétique

Corrigé

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Physique-chimie

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Nouvelle-Calédonie • Mars 2013

Le défi énergétique • 6 points

Document 1

La catastrophe de Fukushima, au Japon

[…] La pollution pourrait durer des mois – à de niveaux décroissants au fil du temps – et s’aggraver si le corium, ce mélange d’acier de la cuve et de combustible en fusion, venait à traverser le socle de béton des réacteurs. […] « Il serait vraisemblablement stoppé par la roche terrestre et refroidirait en piégeant de nombreux éléments radioactifs », explique Thierry Charles, de l’IRSN1.

Toutefois, il pourrait alors être balayé par les eaux de ruissellement qui entraîneraient ensuite des radioéléments, dont du plutonium, vers l’océan. « Pour le moment, les Japonais n’ont pas vérifié s’il y avait du plutonium dans l’eau de mer. Mais ils ont trouvé de l’iode 131, du ruthénium 106, du césium 134 et surtout le persistant césium 137, en forte quantité. »

D’après Rachel Mulot, Le Nouvel Observateur et Sciences et Avenir n° 771, 4 mai 2011.

1. Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire.

Document 2

Schéma de principe d’un réacteur à eau sous pression


D’après le site Internet de CEA (Commissariat à l’énergie atomique), http://‌www.‌cea.fr

Question 1

Le combustible utilisé dans une centrale nucléaire contient les deux isotopes de l’uranium : 235U et 238U. Donnez le nombre de protons et le nombre de neutrons contenus dans chaque isotope sachant que le numéro atomique de l’uranium est 92.

Question 2

Parmi les trois réactions suivantes :

  • réaction de combustion,
  • réaction de fusion nucléaire,
  • réaction de fission nucléaire.

>1. Précisez la réaction subie par l’uranium 235 dans un réacteur nucléaire.

>2. Indiquez la réaction qui se produit dans le Soleil et dont la maîtrise permettrait d’exploiter l’hydrogène, élément présent en grande quantité sur la Terre.

Question 3


On donne ci-dessous la courbe de décroissance radioactive d’une population de N0 noyaux radioactifs au cours du temps. T représente la demi-vie (ou période radioactive). Elle est d’environ 30 ans pour le césium 137.

>1. Retrouvez la définition de la demi-vie d’un nucléide à l’aide du graphique.

>2. Déduisez-en pourquoi les rejets de césium 137 de la centrale de Fukushima semblent particulièrement redoutés.

Question 4

Recopiez et complétez le schéma ci-dessous représentant la chaîne énergétique des transformations s’effectuant dans une centrale nucléaire.


Interpréter la question

La première question porte sur les constituants d’un noyau atomique. La deuxième et la troisième questions portent sur les réactions nucléaires et leurs propriétés. Dans la dernière question, il faut compléter une chaîne énergétique.

Comprendre les documents

Le document 1 explique les différentes formes de pollutions que pourrait engendrer la centrale de Fukushima. Le document 2 est le schéma de fonctionnement d’une centrale nucléaire à eau sous pression.

Organiser les réponses

Pour répondre à la première question, utilisez vos connaissances sur les constituants des noyaux atomiques. La deuxième question demande de mobiliser vos connaissances sur les réactions nucléaires. La question 3 demande plus de rédaction et une justification. Basez-vous sur la courbe de décroissance pour retrouver la définition de la demi-vie.

Corrigé

QUESTION 1

Le numéro atomique de l’uranium est Z = 92. Il représente le nombre de protons, identique dans les deux noyaux isotopes, dont les noyaux ne se différentient que par leurs nombres de neutrons donnés par :

N1= A1 – Z = 235 – 92 =143 neutrons,

N2= A2 – Z = 238 – 92 =146 neutrons.

QUESTION 2

>1. La réaction subie par l’uranium 235 dans un réacteur nucléaire est la fission nucléaire, où un neutron entre en collision avec ce noyau.

>2. La réaction ayant lieu sur le Soleil est la fusion nucléaire : deux noyaux de petites tailles s’assemblent en un seul noyau.

QUESTION 3

>1. On constate, d’après la courbe de décroissance radioactive, que le nombre de noyaux diminue de moitié au bout d’une période ou une demi-vie. En effet, le nombre de noyaux N0 passe à N0 / 2 au bout d’un temps égal à T. On peut donc déduire que la période radioactive d’un nucléide est le temps au bout duquel la moitié des noyaux d’un échantillon de celui-ci se désintègre.

>2. En se basant sur la définition de la période radioactive, et sachant que celle du césium 137 est de T = 30 ans, on peut constater qu’il faut presqu’une centaine d’années (3 × T = 3 × 30 = 90 ans) pour que la quantité de césium rejetée dans la nature soit réduite à 1/8ede sa valeur initiale. Il restera donc toujours du césium actif dans la nature après un temps aussi long. La pollution engendrée par ce radioélément est redoutée à cause de sa demi-vie assez élevée, qui le rend dangereux pour très longtemps à l’échelle humaine.

Question 4