Nucléaire : Des chercheurs du MIT réapprennent à faire bouillir de l'eau
Ce n'est pas pour inventer l'eau tiède que Navdeep Singh Dhillon, Jacopo Buongiornon et Kripa Varanasi publient une étude sur l’eau bouillante dans Nature Communications. C'est pour améliorer le rendement de 85% des centrales électriques du monde. Un enjeu de taille, qui pourrait passer par la réinvention d'une réaction physique a priori très simple...
Mis à jour
10 septembre 2015
Une étude sur l’eau bouillante portée par le prestigieux MIT vient de paraître dans la non moins prestigieuse revue Nature communications. Pourquoi réinventer l’eau bouillante ? Simplement parce que l’immense majorité des centrales utilisent des réacteurs à vapeur surchauffée pour alimenter les turbo-alternateurs produisant l’électricité. Une meilleure compréhension de l’apparition des bulles de vapeur dans l'eau en ébullition permettra de voir émerger des centrales plus efficaces et plus sûres.
L’une des problématiques que rencontrent les industries utilisant des réacteurs à eau est en effet l’apparition de bulles de vapeur à la surface de l’enveloppe interne de la cuve. La capacité de transport d’énergie étant bien différente entre l’eau et la vapeur d’eau, le monoxyde de dihydrogène liquide restera ainsi à 100 degrés dans des conditions normales (1 bar) pendant que la vapeur augmentera en température parfois jusqu’à plusieurs milliers de degrés. Cet état de fait peut créer des fragilités à la surface du réacteur si des bulles apparaissent régulièrement au même endroit. Un scénario potentiellement catastrophique pour une usine chimique ou un réacteur nucléaire selon Navdeep Singh Dhillon, lui-même ingénieur dans ce domaine.
Evidemment, des techniques existent pour limiter ce problème. Par exemple, les réacteurs ne fonctionnent pas à plein régime, ce qui permet de limiter les risques, mais cela impacte également les rendements. Une autre solution, plus récente, est l’utilisation de revêtement fait de pics à l’échelle du micro ou du nanomètre, dont le fonctionnement microscopique reste pourtant inconnu. Pour Jacopo Buongiornon, professeur de génie mécanique, c’est la compréhension de ces mécanismes qui pourrait permettre de réduire la consommation énergétique des réacteurs tout en conservant la même production électrique.
À l’aide d’outils de détection optique et infrarouge, les chercheurs ont donc analysé les effets de ces revêtements sur l’efficacité énergétique et la prévention des risques. Différents espacements entre les pics ont été testés, mais également plusieurs épaisseurs. Selon leurs résultats (voir graphique), augmenter la taille et l'espacement des pics n’améliore pas forcément la limitation des bulles et il peut même être contre-productif, ce qui n’avait jamais été prouvé. En révélant les mécaniques thermiques qui ont lieu entre ce type de revêtement et les bulles de vapeur, les scientifiques du MIT espèrent pouvoir aboutir à une surface géométrique optimale qui limiterait les risques de fissures et augmenterait la productivité des réacteurs. Une affaire bouillante, à surveiller comme le lait sur le feu...
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