Centrale nucléaire, 2 carburants?

[EspritTordu]

Bonjour,

C'est bien connu, une centrale nucléaire ça marche avec, comme carburant, de l'uranium! Et par la suite, viennent tous les développements sur la manière d'en assurer sa fourniture continue...

Mais ne peut-on pas dire qu'une centrale nucléaire, comme toute machine thermique directe, se doit d'avoir un second carburant, (si on était en chimie dirait-on comburant?), en l'occurence une source froide d'autant plus grande que l'on veut puissance et énergie?

Ainsi selon ce point de vue, la dépendance environnementale d'une centrale n'est pas minime : on ne fait pas qu'enfourner de l'uranium? Sans environnement, comme de puissants fleuves, ou des zones côtières avec un important flux naturel, pas de réaction nucléaire continue, donc pas de source d'énergie, non?
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[f6bes]

Bjr à toi,
Ben dans une voiture c'est pareil: on ne fait qu'enfourner de l'essence ( ou gas oil)...y a AUSSI..
....... de l'eau !
C'est kif kif pareil...l'eau n'est pas pour autant un DEUXIEME carburant...( 2 carburants? )
Mais pour un "esprit tordu" c'est peut etre concevable!
A+

[invitee05a3fcc]

Une centrale nucléaire produit de la chaleur que l'on utilise sous forme de vapeur sous pression .
Et ensuite, on est ramené à la même problématique que si on était parti du charbon ou du bois comme source d'énergie.

La solution ? Faut voir cet enfoiré de Carnot qui a bêtement émis une règle idiote qui donne le rendement en fonction de la source chaude et de la source froide disponible.

[EspritTordu]

Bjr à toi,
Ben dans une voiture c'est pareil: on ne fait qu'enfourner de l'essence ( ou gas oil)...y a AUSSI..
....... de l'eau !
C'est kif kif pareil...l'eau n'est pas pour autant un DEUXIEME carburant...( 2 carburants? )
Mais pour un "esprit tordu" c'est peut etre concevable!
A+

Oui le moteur à explosion est aussi une machine thermique... L'eau n'y est qu'un vecteur d'énergie, elle évacue la chaleur dans l'environnement! Le deuxième carburant... c'est l'air in fine et la carrosserie entre-temps!
La locomotive (qui est une machine thermique à charbon) à son époque, défraya : on ne pouvait pas imaginer qu'une machine à vapeur sur roues, sans condensateur, puisse fonctionner. Le condensateur étant la partie traditionnelle des premières machines à vapeur à laquelle est dévolue la fonction de refroidissement. En fait, c'est l'air ambiant qui dans les locomotives à vapeur fait refroidir le moteur plus directement. Est-ce que cela marche aussi bien une locomotive dans les déserts chauds?

Une centrale nucléaire produit de la chaleur que l'on utilise sous forme de vapeur sous pression .
Et ensuite, on est ramené à la même problématique que si on était parti du charbon ou du bois comme source d'énergie.

La solution ? Faut voir cet enfoiré de Carnot qui a bêtement émis une règle idiote qui donne le rendement en fonction de la source chaude et de la source froide disponible.

Oui le cycle de Carnot est responsable physiquement.
Mais ma question reste ouverte : lorsqu'on fait marcher une machine thermique, doit-on fournir de l'énergie (par absence d'énergie en fait) avec une source froide : eau des mers, air ambiant...

Dans une centrale nucléaire, l'énergie électrique produite finalement à t-elle été extraite de l'environ ou de l'uranium, ou bien des deux?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee05a3fcc]

Le rendement d'un moteur thermique est fonction de la différence de température entre la source chaude et la source froide (pas merci Mr Carnot !) . Donc une locomotive (à vapeur) a un rendement moins bon qu'une machine fixe qui dispose d'une source froide pour le condenseur

Dans une centrale nucléaire, l'énergie électrique produite finalement à t-elle été extraite de l'environ ou de l'uranium, ou bien des deux?

Uniquement de l'Uranium ! Et une partie de l’énergie est restituée à la source froide (de l’intérêt d'utiliser cette énergie dégradée pour chauffer des piscines, faire de l'élevage de crocodile ou autres)

[Amanuensis]

@EspritTordu

Faut distinguer deux phénomènes.

1) Quand un noyau fissile (e.g. uranium 235) fissionne, de l'énergie dont l'origine est la liaison entre les nucléons est "libérée" sous forme d'énergie cinétique des produits de réaction. Cette transformation n'implique absolument rien dans "l'environnement", elle pourrait se passer dans le vide (un noyau se prenant un neutron dans le râble), à l'identique. Les produits partiraient au loin, très vite, et c'est tout.

2) Pour transformer cette énergie cinétique en électricité on ne sait pas mieux faire (et ce n'est pas très efficace) que la "thermaliser", c'est à dire l'utiliser pour augmenter la température que quelque chose "pris dans l'environnement". De l'eau par exemple. On obtient alors une source froide (l'environnement, à sa température normale, dont est extrait ce qu'on va chauffer) et une source chaude (ce qui a été chauffé), et on utilise cette différence de température dans une machine thermique, qui va transformer une partie de l'énergie thermique en mouvement, celui-ci étant à son tour transformé en "énergie électrique".

On notera au passage que le gros de la perte de rendement n'est pas tant dû au rendement de Carnot, mais à la (relativement) faible température qu'on donne à la vapeur d'eau. La fission pourrait être utilisée pour pour faire chauffer quelque chose à des dizaines ou centaines de milliers de K, ce qui, exploité par une machine thermique adéquate, pourrait amener des "pertes de Carnot" très faibles. Mais voilà, on ne sait pas faire des machines thermiques avec des différences de température aussi grandes, et on se contente de ce qui est possible avec les matériaux disponibles et les nécessités de sécurité...

[EspritTordu]

Le rendement d'un moteur thermique est fonction de la différence de température entre la source chaude et la source froide (pas merci Mr Carnot !) . Donc une locomotive (à vapeur) a un rendement moins bon qu'une machine fixe qui dispose d'une source froide pour le condenseur Uniquement de l'Uranium ! Et une partie de l’énergie est restituée à la source froide (de l’intérêt d'utiliser cette énergie dégradée pour chauffer des piscines, faire de l'élevage de crocodile ou autres)

Un condensateur n'est qu'un système fermé qui déplace la chaleur produite, et par la forte capacité thermique de l'eau, donne la capacité de stockage de la chaleur temporaire. Cela ne fait qu'accélérer la différence de température en laissant alors le condensateur, une fois la machine coupée, à vider et lisser sur une plus longue durée la diffusion de chaleur vers l'extérieur. On crée de l'inertie thermique...

@EspritTordu

Faut distinguer deux phénomènes.

1) Quand un noyau fissile (e.g. uranium 235) fissionne, de l'énergie dont l'origine est la liaison entre les nucléons est "libérée" sous forme d'énergie cinétique des produits de réaction. Cette transformation n'implique absolument rien dans "l'environnement", elle pourrait se passer dans le vide (un noyau se prenant un neutron dans le râble), à l'identique. Les produits partiraient au loin, très vite, et c'est tout.

2) Pour transformer cette énergie cinétique en électricité on ne sait pas mieux faire (et ce n'est pas très efficace) que la "thermaliser", c'est à dire l'utiliser pour augmenter la température que quelque chose "pris dans l'environnement". De l'eau par exemple. On obtient alors une source froide (l'environnement, à sa température normale, dont est extrait ce qu'on va chauffer) et une source chaude (ce qui a été chauffé), et on utilise cette différence de température dans une machine thermique, qui va transformer une partie de l'énergie thermique en mouvement, celui-ci étant à son tour transformé en "énergie électrique".

On notera au passage que le gros de la perte de rendement n'est pas tant dû au rendement de Carnot, mais à la (relativement) faible température qu'on donne à la vapeur d'eau. La fission pourrait être utilisée pour pour faire chauffer quelque chose à des dizaines ou centaines de milliers de K, ce qui, exploité par une machine thermique adéquate, pourrait amener des "pertes de Carnot" très faibles. Mais voilà, on ne sait pas faire des machines thermiques avec des différences de température aussi grandes, et on se contente de ce qui est possible avec les matériaux disponibles et les nécessités de sécurité...

Je comprends le premier point qui est très théorique et de base. Mais son application change la donne. Si on lance une réaction nucléaire dans un réacteur, on produit une réaction auto-entretenue : les particules expulsées conduisent à d'autres fissions, etc... La thermalisation n'est que la conséquence d'une limite spatiale d'uranium dans le cœur. Limite du réservoir, métallique, ou pour une bombe, de l'atmosphère qui joue le rôle de réservoir. Si ce réservoir chauffe trop, il y a explosion, et arrêt de la production énergétique par l'explosion. Voilà pourquoi on est obligé de refroidir un réacteur pour prétendre à une production d'énergie continue : si on ne refroidit pas le réacteur c'est la catastrophe. D'ailleurs ce défaut de principe est assez ennuyant car cela crée un déséquilibre qui donne de la surimportance au système de refroidissement. A cela, rappelons Fukushima dont le problème essentiel était la perte du système de refroidissement. Un film avec Harrison Ford retraçait l'épopée de la perte du système de refroidissement dans un sous-marin russe... Les exemples ne manquent pas. Pourquoi, aujourd'hui n'y-a-t-il pas de réacteur nucléaire dans l'espace? La raison tient encore à ce problème de refroidissement : il nécessiterait un refroidisseur type radiateur métallique dont le poids, le volume, le coût annule subitement l'intérêt du dit réacteur embarqué dans l'espace! L'espace ne donne pas facilement du "refroidissable à gogo" (contrairement sur Terre ; ou sous l'eau des océans)

Au fond, l'énergie électrique produite peut même être perçue comme un moyen de contenir le réacteur nucléaire au côté de la chaleur produite. Sans cela l'explosion assurée. Cela laisse à expliquer de l'intérêt des états à solliciter la consommation frénétique de l'électricité dans une région qui n'était pas bien fournie jusqu'alors, ...

Dans la mesure où le cycle de Carnot impose une différence de température infinie pour effacer la perte de chaleur inhérent à la mise en oeuvre d'une machine thermique, l'énergie thermalisée sera toujours un déchet dont on se devra de ne jamais arrêter l'évacuation dans une "décharge qui ne se remplit jamais", soit l'air, soit alors pour des applications de chauffage urbain (qui est aussi une perte énergétique à plus long terme en fait ; un condensateur alors?) sans quoi, on perd le mécanisme de "fabrication d'énergie".

Tout ce qu'on peut faire est de diminuer la perte thermique en envisageant des températures terribles comme les réacteurs à fusion où le million de degré du plasma déployé est pensé, par certains, être convertible à l'ordre de 60% par magnétohydrodynamisme... Mais ce n'est pas tout !

En général, on doit fournir au réacteur continument quelque chose qui appel de l'énergie (et ce d'autant plus difficilement que l'inertie du système impose de le lui fournir sur cette durée après arrêt, même lorsque c'est plusieurs décennies pour un réacteur nucléaire) ; Et comme la conversion sera toujours médiocre, il faut aussi un absorbeur complémentaire énergétique thermique dont on ne sait quoi véritablement faire. Ce dernier avec le matériau fissible, c'est bien là deux carburants... Et même trois si on intègre le besoin énergétique de consommation électrique! Même si c'est aussi la raison pour laquelle on à déployer le réacteur... Je perds le fil

[invitee05a3fcc]

... Je perds le fil

Tu as fumé trop de moquette ?

[EspritTordu]

Je vous demande pardon?

[Kissagogo27]

bonjour, sinon en application spatiale https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A...0_radioisotope

Sinon, réduire la perte thermique c'est surtout pour mieux l'exploiter .. et comme vous le dites, plus la différence devient minime, moins on sait l'exploiter par contre votre dernier paragraphe devient hardu a comprendre

[invitef87d8702]

bonjour, sinon en application spatiale https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A...0_radioisotope

Sinon, réduire la perte thermique c'est surtout pour mieux l'exploiter .. et comme vous le dites, plus la différence devient minime, moins on sait l'exploiter par contre votre dernier paragraphe devient hardu a comprendre

Joli, le "hardu", mélange Franglais de " hard", difficile, et "ardu", qui veut dire la même chose, mais en Français !

[EspritTordu]

Ces RTG sont effectivement la seule technologie énergétique nucléaire embarquée dans l'espace. Mais ceux-ci ne font qu'illustrer ce que je dis : ici, on évacue la chaleur résiduelle du plutonium se refroidissant dans l'espace par l'intermédiaire des parties métalliques, des radiateurs. C'est un engin lourd, rien qu'à cause de cela. La production énergétique par effet Thomson je crois est ridicule, de l'ordre de 15% d'énergie noble électrique, et le reste à évacuer d'une manière ou d'une autre. Si on n'évacue pas la chaleur, ce reste, les jonctions Thomson fondent, et l'énergie électrique disparaît. En fait, cette technologie est une approche technique de dernière chance, quand il n'y a plus de solution pour produire de l'énergie dans ces environnements spatiaux lointains...

Il y a trois manières de réduire les pertes thermiques dans le système global me semble-t-il. Soit on isole l'engin, pour contenir la chaleur, mais comme la source radio-isotopique continue sans vergogne à chauffer, cela finit par détruire le matériel. L'autre solution est d'éviter les pertes thermiques en n'en produisant pas : le cycle de carnot impose alors des écarts entre source chaude et froide si importants que réellement, on aura toujours des pertes significatives thermiques même si on peut un peu améliorer la conversion électrique, cela reste assez faible. Quant à la dernière, c'est l'économie : on ne produit pas beaucoup d'energie !

En général, on doit fournir au réacteur continument quelque chose qui appel de l'énergie (et ce d'autant plus difficilement que l'inertie du système impose de le lui fournir sur cette durée après arrêt, même lorsque c'est plusieurs décennies pour un réacteur nucléaire) ; Et comme la conversion sera toujours médiocre, il faut aussi un absorbeur complémentaire énergétique thermique dont on ne sait quoi véritablement faire. Ce dernier avec le matériau fissible, c'est bien là deux carburants... Et même trois si on intègre le besoin énergétique de consommation électrique! Même si c'est aussi la raison pour laquelle on à déployer le réacteur... Je perds le fil

Je vais essayer de formuler. Lorsqu'on lance une machine pour produire de l'énergie, on s'attend qu'on utilise cette énergie. C'est une lapalissade!
Toute machine à une inertie, c'est-à-dire, qu'une fois mise en route, si on veut alors l'arrêter complément, il faudra attendre un peu. Cette inertie, de l'ordre de 50 ans pour un réacteur nucléaire, impose que l'on évacue l'énergie pendant toute cette durée et que le système qui pompe l'énergie ne défaille pas. C'est une dépendance.

Il existe une seule énergie. Mais cette dernière peut être vues de deux formes, l'énergie noble comme l'électricité, la mécanique, et l'énergie dégradée, la chaleur. Ce qu'on appelle communément énergie, est cette énergie noble que l'on recherche, facile à manipuler, à transformer, à transporter, mais plus difficile à produire en masse! A cause d'une règle de thermodynamique établie depuis plus d'un siècle, appelé Cycle de Carnot, les machines thermiques (à peu près tout ce qui produit de l'énergie en fait directement ou indirectement comme le vent sur Terre avec le Soleil), se doivent pour produire de l'énergie noble, disons par exemple de l'électricité, d'avoir une source chaude d'alimentation et une source froide. Dans une centrale nucléaire, on produit de la chaleur par réaction nucléaire qui finit de l'ordre de 300°C. Voilà pour la source chaude. Si on veut ensuite de l'énergie noble, de l'électricité, il faut convertir celle-ci. Plusieurs solutions existent, mais la seule capable d'être fiable, sans risque d'explosion, et apte à convertir en masse de l'énergie thermique en électricité, est un combiné technologique turbine à vapeur et alternateur électrique. Principe, entre parenthèses, qui date au moins autour de 1910... La source froide de nos centrales est variable, cela peut-être l'air ambiant, le cours d'eau d'un fleuve voisin puissant, où le reflux maritime côtier. Considérons au bas mot 20°C. Disposant du chaud et du froid, d'un écart de 300-20=280° et d'un système de conversion thermique-électricité, on évalue la quantité finale électricité en fonction des 280° et du cycle de Carnot. Les 280° étant assez peu dans les formules de Carnot, le rendement est assez médiocre. D'une certaine quantité d'énergie thermique, assez peu utile, on est capable de la convertir en énergie noble électrique que de l'ordre de 30%. Les 70% reste de la chaleur... à évacuer!
Ainsi, si je vois cela comme cela, quand on veut utiliser une centrale nucléaire pour produire de l'énergie (noble), il faut rentrer de l'uranium (pour la source chaude) d'un côté, et de l'autre assurer que l'énergie produite soit dispersée ou utilisée : énergie thermique et fraction de celle-ci convertie en électricité.
Donc on a trois éléments qui interagissent avec l'environnement de la centrale. Dans la mesure, où logiquement on construit une centrale énergétique dans l'intention de produire de l'électricité, on peut considérer, dans une lecture technique seule, que l'appel à la consommation d'électricité n'est pas à lire comme dépendance mais plutôt comme quelque chose de produit... Il reste alors, que pour le fonctionnement de notre centrale type, l'uranium pour la source chaude, et pour le froid, l'eau, l'air ambiant... 2 carburants! Si l'air ne refroidi plus, alors le système implose, il n'y a plus d'énergie noble produite.
En fait théoriquement, la thermodynamique, indique qu'il faut une source de chaud, uranium, pétrole, et source froide, air, eau...?
La source froide est évidente sur Terre, où on optimise les meilleurs systèmes d'évacuation de chaleur, à savoir la convection et la conduction, mais dans l'espace sans matière donc, seul reste le rayonnement pour évacuer la chaleur d'où les radiateurs du RTG.
Un territoire donné à équiper en machines thermiques pour produire de l'énergie, est donc conditionné à un "capital de froid" : des fleuves puissants, des côtes maritimes particulières ; le nombre de centrale est limité, non pas par la fourniture d'uranium, mais par la capacité de refroidissement, non?

Voilà couchée ma pensée.

[invitee05a3fcc]

Tu portes bien ton speudo .......... du n'importe quoi !

[Amanuensis]

La plus grande partie n'est pas n'importe quoi.

[invitee05a3fcc]

La plus grande partie n'est pas n'importe quoi.

Normal ! C'est un delayement de mes réponses 3 et 5 ...

[EspritTordu]

...

Depuis le début je m'interroge sur le fait que la dépendance à la source froide constitue un "carburant" presque de même envergure que l'uranium.

[EspritTordu]

Quand un noyau fissile (e.g. uranium 235) fissionne, de l'énergie dont l'origine est la liaison entre les nucléons est "libérée" sous forme d'énergie cinétique des produits de réaction. Cette transformation n'implique absolument rien dans "l'environnement", elle pourrait se passer dans le vide (un noyau se prenant un neutron dans le râble), à l'identique. Les produits partiraient au loin, très vite, et c'est tout.

Au fond, dans une lecture assez poussée dans ces limites, l'espace environnant, laissant les particules créées voguées au loin du noyau émetteur, ne peut-il être perçu comme "source froide thermodynamique"? Que se passerait-il si l'espace autour du noyau se désintégrant n'existait pas autant? les particules ne rebondiraient-elles pas vers le noyau émetteur? C'est un peu l'idée du corps noir sauf que celui-ci c'est avec de la lumière et non des particules?
Thermaliser ces particules, puis l'évacuer par rayonnement, convection ou conduction, n'est au fond qu'une solution pour assister l'évacuation de l'énergie dans l'espace, en améliorant la diffusion spatiale, non? Et si au passage, on peut en prendre un peu

[Amanuensis]

Au fond, dans une lecture assez poussée dans ces limites, l'espace environnant, laissant les particules créées voguées au loin du noyau émetteur, ne peut-il être perçu comme "source froide thermodynamique"?

Non. Une détente dans le vide ne modifie pas la température.

[EspritTordu]

Quand on prend une source de chaleur, du feu ou le soleil même par exmple, si on s'en éloigne, la température par surface radiale (perpendiculaire au rayon) n'est-elle pas diluée?

[Amanuensis]

La densité d'énergie est diluée, et donc donne une température plus basse lorsqu'elle est thermalisée.

C'est ce qui fait marcher le climat et le vivant: le rayonnement solaire arrive à 5800 K (selon le spectre, pas selon la densité énergétique), est thermalisé (et exploitée éventuellement avant) et l'énergie est ensuite évacuée à 250 K environ.

C'est l'absorption par un obstacle qui thermalise.

[EspritTordu]

Donc en offrant de l'espace sphérique, on diminue la température, ou sa conséquence qui importe, sa densité d'énergie? Si on n'a pas cet espace, les particules s'agglutinent puis finissent-elles par bloquer l'émission radioactive? Que se passe-t-il si un émetteur radioactif est enfermé dans une enceinte idéale?

[Amanuensis]

Donc en offrant de l'espace sphérique, on diminue la température, ou sa conséquence qui importe, sa densité d'énergie?

C'est le contraire. On diminue seulement la densité d'énergie.

Si on n'a pas cet espace, les particules s'agglutinent puis finissent-elles par bloquer l'émission radioactive? Que se passe-t-il si un émetteur radioactif est enfermé dans une enceinte idéale?

Explosion nucléaire si divergence ; la température augmente jusqu'à la valeur telle que fusion et fission s'équilibrent. Rien ne s'arrête, au contraire, mais à partir d'une certaine température les transformations laissent le système stationnaire.

La question est comme faire une enceinte idéale...

Si pas suffisamment de matériau pour la divergence, et si la chaleur n'est pas évacuée, la température augmentera plus lentement, et au bout de quelques milliers, millions, milliards, je ne sais, d'années, on atteindra peut-être la stationnarité, à calculer.

[EspritTordu]

(depuis http://fr.wikipedia.org/wiki/Compres...te_adiabatique)

Cela se traduit donc par une variation de la température :

• lors d'une compression, la température augmente puisque le milieu extérieur fournit du travail au système ce qui augmente son énergie interne et donc son agitation thermique;
• lors d'une détente, la température diminue car c'est le système qui fournit du travail au milieu extérieur.

Lors d'une détente adiabatique, la température, comprise comme donnée macroscopique, change ici, non?

[Amanuensis]

Détente avec travail fourni à l'extérieur -> baisse de température

Détente dans le vide -> pas de travail fourni (à quoi ? on est dans le vide!) -> pas de baisse de température

http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9..._et_Gay-Lussac

[EspritTordu]

Oui en effet.

La température est-elle si importante. Au fond, la densité énergétique par volume n'est-elle pas plus utile?

Explosion nucléaire si divergence ; la température augmente jusqu'à la valeur telle que fusion et fission s'équilibrent

Que voulez-vous dire par divergence? Par équilibre de fusion et de fission?