Comment ça marche ?

C’est grâce à l’uranium que fonctionnent les centrales nucléaires.
L’uranium est le seul atome à l’état naturel dont le noyau se brise en plusieurs noyaux plus petits, spontanément ou sous l’effet d’un bombardement neutronique.
Cette transformation est une réaction nucléaire = une réaction de fission.

Un neutron libre percute un noyau fissile. Le neutron s’incorpore momentanément au noyau, mais celui-ci devient très instable, il est " excité " . Le noyau se désexcite en se fractionnant et en émettant des neutrons : c’est la fission. Les fragments de fission, au moins se séparent à grande vitesse, ils possèdent une importante énergie cinétique, qui se transforme en chaleur par frottement : le combustible chauffe. Parmi les neutrons libérés par la fission, au moins un doit être disponible pour percuter un nouveau noyau fissile et permettre une nouvelle fission, entretenant ainsi la réaction en chaîne.

La fission entretenue et contrôlée par toute une série de dispositifs est à la base du fonctionnement des réacteurs nucléaires, et donc de la production électronucléaire.

Fonctionnement d’une centrale

Définition

Une centrale nucléaire est une usine qui fabrique de l’électricité à partir d’un combustible particulier, l’uranium.
Le combustible nucléaire se trouve dans le cœur du réacteur où la fission de l’atome s’accompagne d’un grand dégagement d’énergie sous forme de chaleur.
Cette chaleur est récupérée et évacuée par un fluide, le fluide caloporteur, qui circule autour du combustible en le refroidissant : c’est le circuit primaire.
La vapeur d’eau entraîne la turbine à vapeur couplée à l’alternateur.
La vapeur passe ensuite dans le condenseur pour se retransformer en eau au contact de tubes dans lesquels circule de l’eau froide, et le cycle recommence.
L’énergie produite par la réaction nucléaire peut être réduite ou augmentée à volonté en introduisant plus ou moins d’absorbants de neutrons entre les éléments. Pour maintenir la puissance constante, il faut qu’à chaque fission rigoureusement un neutron soit disponible pour une nouvelle fission.

Les centrales à eau sous pression REP sont les plus répandues.

• Combustible : oxyde d’uranium enrichi ou MOX
• Modérateur : eau ordinaire sous pression
• Caloporteur : eau ordinaire sous pression

Les trois circuits d’eau d’une centrale

Le circuit primaire : chargé d’extraire la chaleur du cœur du réacteur et da la transporter vers le circuit secondaire par circulation d’eau sous forte pression (155 bars). Il comprend :

• le réacteur constitué lui-même de :
• la cuve en acier de forte épaisseur (environ 20 cm) protégée de la corrosion par un revêtement en acier inoxydable qui contient le cœur constitué du combustible nucléaire sous forme de pastilles d’oxyde empilées dans des crayons groupés en assemblage de 4 mètres de hauteur.
• les grappes de réglage, (absorbant neutronique)
  

 

• des boucles primaires, chaque boucle comprend :
• un générateur de vapeur (l’eau du circuit primaire circule dans de nombreux tubes)
• et une pompe primaire, qui assure la circulation de l’eau dans le circuit

• le pressuriseur, qui règle la pression à 155 bars, afin d’empêcher l’ébullition de l’eau du circuit chauffée à plus de 300°C.

Le circuit secondaire : indépendant, reçoit la chaleur et produit de la vapeur d’eau pour faire tourner la turbine. Il comprend la turbine, le condenseur.

Le circuit de refroidissement : source froide du condenseur, eau de rivière, de mer ou de réfrigérant atmosphérique.

Ces trois circuits opèrent des échanges thermiques entre eux tout en restant indépendants, ce qui évite toute dispersion de la substance radioactive à l’extérieur de la centrale.

Bâtiment réacteur Le cœur du réacteur est constitué par une cuve en acier inoxydable contenant les assemblages combustible et l'eau du circuit primaire. Des barres de contrôles, en bore ou en cadmium, introduites par le couvercle de la cuve dans le cœur du réacteur, permettent de régler la puissance de la réaction en chaîne. Elles ont en effet la propriété d'absorber les neutrons. L'immersion totale des barres dans le réacteur permet ainsi de stopper en deux secondes la réaction en chaîne. Le pressuriseur élève la pression de l'eau à 155 bars pour l'empêcher de bouillir. Les pompes assurent la circulation de l'eau. Le générateur de vapeur permet l'échange de chaleur entre l'eau du circuit primaire et l'eau du circuit secondaire. L'ensemble est enfermé dans une enceinte en béton étanche qui assure le confinement.

Salle des machines On y trouve la turbine, le condenseur, l'alternateur. La vapeur sous pression venant des générateurs de vapeur se détend et fait tourner la turbine entraînant l'alternateur. Puis la vapeur se retransforme en eau dans le condenseur. Des pompes l'acheminent alors vers le générateur de vapeur où elle se réchauffe pour se transformer à nouveau en vapeur. Et le cycle recommence.

Bâtiment combustible Les combustibles neufs avant leur chargement comme les combustibles usés y sont stockés dans une piscine.

Salle de commande Sont regroupées les commandes et les informations à la disposition d'une équipe de quart, présente en permanence. Les équipes de conduite travaillent en 3x8. Les opérateurs pilotent le démarrage ou l'arrêt de l'installation. Ils font varier la puissance dans la journée selon les besoins des consommateurs.

Les aéroréfrigérants Pour les sites qui ne sont pas situés en bord de mer ou d'un fleuve ayant un débit suffisant, le refroidissement du condenseur est assuré par un circuit d'eau lui-même refroidi par des courants d'air frais ascensionnels qui s'engouffrent dans des tours en béton appelées les aéroréfrigérants. L'au chute le long des parois internes de ces tours pendant que l'air frais remonte.

Station de pompage Aliment en eau froide le condenseur.