A5. Problématiques écologiques

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1 A5. Problématiques écologiques L utilisation des ressources énergétiques n est pas sans conséquences écologiques. Longtemps ignorée, cette problématique est actuellement au cœur du défi énergétique. A5.a - EFFET DE SERRE L EFFET DE SERRE est un processus naturel des planètes possédant une atmosphère. Grâce aux GAZ A EFFET DE SERRE (GES) présents dans l atmosphère, une grande partie de la chaleur reste piégée sur la planète maintenant la température moyenne sur Terre à 15 C. Sans ce phénomène naturel, la température moyenne de la terre avoisinerait les -18 C, ce qui n aurait pas permis le développement de la vie. i. Effet de serre La plus grande partie du rayonnement solaire traverse l atmosphère pour réchauffer la surface du globe. La Terre réémet cette énergie sous forme de rayonnement infrarouge. Les gaz a effet de serre (GES) agissent de manière similaire aux vitres d une serre. Ils piègent une partie de ces rayonnements infrarouges et le renvoient vers la surface de la Terre. La chaleur n étant pas évacuée, l atmosphère se réchauffe. 42

2 ii. Gaz à effet de serre Il existe différents GES, produits ou non par l humain : la vapeur d'eau (H 2 O) le dioxyde de carbone (CO 2 ) le méthane (CH 4 ) le protoxyde d'azote (N 2 O) l'ozone (O 3 ) Depuis la révolution industrielle, la quantité de CO2 présent dans l atmosphère a augmenté de 40%. iii. Conséquences environnementales Cette augmentation a de graves conséquences environnementales : Réchauffement climatique Elévation du niveau des océans Augmentation des conditions climatiques extrêmes (précipitations et sècheresses) Acidification des océans 43

3 A5.b DECHETS NUCLEAIRES La production d électricité dans les centrales nucléaires produit des déchets radioactifs dont la durée de vie dépasse celle d une vie humaine. Leur conditionnement et leur accumulation sont des problématiques vives de cette technologie. i. Radioactivité et rayonnement La plupart des noyaux qui nous entourent sont stables. Les noyaux dits radioactifs ont un niveau d énergie trop élevé ; ils sont instables. Ils se désintègrent donc spontanément au cours du temps en un autre noyau en émettant rayonnements et particules. Ces émissions sont dangereuses pour l homme. Cette réaction de désintégration est appelée la RADIOACTIVITE : A1 Z1 X A2 Z2Y + rayonnement s Il existe 4 types de rayonnements : Rayonnement Particule Nature de la particule Rayonnement alpha Particule alpha Noyau d hélium Rayonnement β - Particule beta - Electron Rayonnement β + Particule beta + Positron Rayonnement gamma Particule gamma Onde électromagnétique Exemple : La fission de l uranium 238 peut former du baryum 140. Le baryum 140 est radioactif et va spontanément se désintégrer en lanthane. Le noyau de lanthane étant aussi radioactif, il va se désintégrant en césium 140.!"#!"!"#!"# Ba La + e Cs + e!"!!!!"!!! Particule beta è rayonnement beta Particule beta è rayonnement beta 44

4 ii. Activité L ACTIVITE d un échantillon de noyaux radioactif est le nombre de désintégrations dans l échantillon par seconde. Elle se mesure en becquerel (noté Bq). Toutes les sources de radioactivité ne sont pas dangereuses (sol, humain, ). Cependant, lorsque trop de noyaux se transforment par seconde, les rayonnements émis deviennent intenses et donc dangereux. La dangerosité d un élément est donc proportionnelle à son activité. iii. Décroissance radioactive Les noyaux radioactifs se désintégrant au fil du temps, il y en a de moins en moins. On estime qu un échantillon radioactif est inactif au bout de 20 fois sa période. Pour chaque type de noyau radioactif, on définit une durée appelée temps de DEMI-VIE ou PERIODE, notée t1 2 au bout de laquelle la population de noyaux radioactifs est divisée par 2. Tout échantillon radioactif évolue de la même façon au cours du temps suivant une courbe appelée courbe de décroissance radioactive. Exemple : Le temps de demi-vie de l uranium 235 est de 700 MIO d années. Le temps de demi-vie du polonium 211 est de 0.5 secondes. 45

5 iv. Déchets radioactifs La désintégration de l ensemble des noyaux d une matière radioactive peut être un processus très long. Les déchets radioactifs posent donc un problème crucial. Ces déchets ne proviennent pas uniquement des centrales nucléaires, mais aussi de la médecine, de l industrie et de la recherche. N étant pas en mesure de les éliminer, les déchets radioactifs sont stockés. Pour cela, ils subissent différents traitements : Collecte et inventaire Tri selon leur activité et leur demi-vie Traitement et conditionnement. Stockage dans un dépôt en couches géologiques profondes 46

6 A5. Problématiques écologiques - RECAPITULATION 47

7 S exercer au BAC France métropolitaine, juin 2014 Question à 6pts La gestion des déchets radioactifs (PC) Document 1 Une centrale électrique est une usine qui produit de l énergie électrique. Il en existe plusieurs sortes : des 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 Document 2 Courbe de décroissance radioactive du Strontium 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 cobalt 60 tritium césium 137 américium 241 radium 226 plutonium 239 neptunium 237 Période radioactive 5,2 ans 12,2 ans 30 ans 432 ans ans ans ans 48

8 1. Citez les trois différentes ressources énergétiques nommées dans le document 1. Précisez parmi ces trois ressources, quelles sont celles qui sont non renouvelables? 2. Complétez les cases 1 et 3, la chaîne énergétique ci-dessous qui correspond à celle d'une centrale thermique à combustible nucléaire. 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, encadrez la représentation correcte de ce noyau parmi ces 4 propositions : 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. 49