Quelle est la définition de fluide – Définition

Définition de fluide

En physique, un fluide est une substance qui se déforme (s’écoule) continuellement sous une contrainte de cisaillement appliquée. La caractéristique qui distingue un fluide d’un solide est son incapacité à résister à la déformation sous une contrainte de cisaillement appliquée (une force tangentielle par unité de surface). Les fluides sont un sous-ensemble des phases de la matière et comprennent les liquides, les gaz, les plasmas et, dans une certaine mesure, les solides plastiques.

Par définition, un matériau solide est rigide. Par exemple, si l’on impose une contrainte de cisaillement à un bloc d’acier plein, celui-ci ne commencera pas à changer de forme tant qu’une contrainte extrême n’a pas été appliquée. Plus précisément, lorsqu’une contrainte de cisaillement est appliquée pour la première fois sur un matériau rigide, elle se déforme légèrement, puis reprend sa forme initiale lorsque la contrainte est relâchée.

Un matériau plastique, tel que l’argile, possède également un certain degré de rigidité. Cependant, la contrainte critique de cisaillement au-dessus de laquelle il se produit est relativement faible et, une fois cette contrainte dépassée, le matériau se déforme de manière continue et irréversible et ne retrouve pas
sa forme initiale lorsque la contrainte est réduite.

Par définition, un matériau fluide ne possède aucune rigidité. Par exemple, si l’on impose une contrainte de cisaillement à un élément fluide, celui-ci se déforme, car il ne peut résister à aucune tendance d’une contrainte de cisaillement appliquée à changer de forme. En outre, plus la contrainte appliquée est importante, plus l’élément fluide se déformera. Cela nous fournit un trait caractéristique des liquides (et des gaz – fluides, en général) qui les distingue des autres formes de matière, et nous pouvons ainsi donner une définition formelle.

Il existe deux types de fluide: les liquides et les gaz. La différence la plus importante entre ces deux types de fluide réside dans leur compressibilité relative. Les gaz peuvent être compressés beaucoup plus facilement que les liquides. En conséquence, tout mouvement impliquant des variations de pression significatives s’accompagne généralement de variations beaucoup plus importantes de la masse volumique dans le cas d’un gaz que dans le cas d’un liquide.

L’eau comme fluide de refroidissement du réacteur

L’eau et la vapeur sont un fluide commun utilisé pour l’échange de chaleur dans le circuit primaire (de la surface des crayons combustibles au flux de liquide de refroidissement) et dans le circuit secondaire. Il est utilisé en raison de sa disponibilité et de sa capacité thermique élevée, tant pour le refroidissement que pour le chauffage. Il est particulièrement efficace pour transporter la chaleur par vaporisation et condensation de l’eau en raison de sa très grande chaleur latente de vaporisation .

Un inconvénient est que les réacteurs à eau modérée doivent utiliser un circuit primaire à haute pression pour maintenir l’eau à l’ état liquide et pour atteindre une efficacité thermodynamique suffisante. L’eau et la vapeur réagissent également avec les métaux que l’on trouve couramment dans les industries comme l’acier et le cuivre, qui sont oxydés plus rapidement par l’eau et la vapeur non traitées. Dans presque toutes les centrales thermiques (charbon, gaz, nucléaire), l’eau est utilisée comme fluide de travail (utilisé en boucle fermée entre la chaudière, la turbine à vapeur et le condenseur) et le liquide de refroidissement (utilisé pour échanger la chaleur perdue vers un plan d’eau). ou l’emporter par évaporation dans une tour de refroidissement).

L’eau comme modérateur

Le modérateur de neutrons , important dans les réacteurs thermiques , est utilisé pour modérer, c’est-à-dire pour ralentir les neutrons de la fission aux énergies thermiques . Les noyaux avec de faibles nombres de masse sont les plus efficaces à cet effet, donc le modérateur est toujours un matériau à faible masse. Les modérateurs couramment utilisés comprennent l’ eau ordinaire (légère) (environ 75% des réacteurs mondiaux), le graphite solide (20% des réacteurs) et l’eau lourde (5% des réacteurs).

Dans la plupart des réacteurs nucléaires , l’eau est à la fois un réfrigérant et un modérateur . La modération se produit surtout sur les noyaux d’hydrogène. Dans le cas de l’ hydrogène (A = 1) comme noyau cible, le neutron incident peut être complètement arrêté – il a le décrément d’énergie logarithmique moyen le plus élevé de tous les noyaux. D’un autre côté, les noyaux d’hydrogène ont une section efficace d’absorption relativement plus élevée , donc l’eau n’est pas le meilleur modérateur selon le rapport de modération .

L’eau comme bouclier neutronique

L’eau en raison de la teneur élevée en hydrogène et de la disponibilité est un blindage neutronique efficace et commun . Cependant, en raison du faible nombre atomique d’hydrogène et d’oxygène, l’eau n’est pas un bouclier acceptable contre les rayons gamma. D’autre part, dans certains cas, cet inconvénient (faible densité) peut être compensé par une épaisseur élevée du bouclier étanche à l’eau. Dans le cas des neutrons, l’eau modère parfaitement les neutrons, mais avec l’absorption des neutrons par le noyau d’hydrogène, des rayons gamma secondaires à haute énergie sont produits. Ces rayons gamma pénètrent fortement dans la matière et peuvent donc augmenter les exigences sur l’épaisseur du bouclier d’eau. Ajout d’un  acide borique peut aider à résoudre ce problème (absorption de neutrons sur les noyaux de bore sans émission gamma forte), mais entraîne un autre problème de corrosion des matériaux de construction.

Voir aussi: Blindage des neutrons