Rendement d'un réacteur nucléaire — exercice corrigé d'enseignement scientifique (terminale) (chapitre 5)

Rendement d'un réacteur nucléaire

Conversion et transport de l'énergie électrique · niveau 2

Énoncé

Un réacteur libère une puissance thermique de $2800$ MW. Il délivre $900$ MW électriques ; $70$ MW sont consommés par les auxiliaires et les pertes diverses. 1. Calculer le rendement global. 2. Quelle puissance est évacuée au condenseur ? Vérifier le bilan. 3. Sachant que la chaîne comporte un rendement de conversion thermique-mécanique $η_{1}$ et un rendement d'alternateur $η_{2} = 0, 98$ , estimer $η_{1}$ à partir du rendement global (on négligera les auxiliaires). 4. Le réacteur fonctionne $75 %$ du temps sur l'année. Quelle énergie électrique produit-il, en TWh ? 5. Pourquoi n'est-il pas pertinent de reprocher à cette centrale son « mauvais » rendement de $32 %$ ?

Corrigé

1. $η = 900/2 800 \approx 0, 321$ , soit $32, 1 %$ .

2. $P_{cond} = 2800 - 900 - 70 = 1830$ MW. Bilan : $900 + 1830 + 70 = 2800$ MW. La conservation de l'énergie est respectée : rien n'a disparu, les deux tiers sont simplement partis sous forme de chaleur à basse température, inutilisable pour produire du travail.

3. $η \approx η_{1} \times η_{2}$ donne $η_{1} \approx 0, 321/0, 98 \approx 0, 33$ . La conversion de la chaleur en mouvement est donc le maillon faible, et de très loin : c'est une limite physique des machines thermiques, pas un défaut de conception.

4. $E = 900 MW \times 8760 h \times 0, 75 \approx 5, 9 \times 1 0^{6}$ MWh $= 5, 9$ TWh.

5. Parce qu'un rendement ne se juge pas seul. Ce qui compte pour une centrale, c'est le coût, la disponibilité, les émissions et les risques par kilowattheure livré. Un rendement faible sur une ressource abondante et bon marché n'est pas la même chose qu'un rendement faible sur une ressource rare. La question pertinente n'est pas « quel rendement ? » mais « quelle ressource consommée, et quels effets, par kWh produit ? ».