A / Le fonctionnement d’une centrale nucléaire
Le but d’une centrale nucléaire est de produire de l’électricité. Pour cela, le principe est le même que dans toute autre centrale thermique : générer une énergie thermique qui mettra en mouvement un fluide afin de pouvoir entraîner un alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.
Dans une centrale thermique classique, un combustible fossile est brûlé pour fournir cette chaleur. Dans une centrale nucléaire, on utilise, au lieu de l’énergie de liaison des atomes entre eux, l’énergie de liaison des nucléons entre eux. Le combustible est donc choisi pour ses propriétés nucléaires : il s’agit, pour les réacteurs à eau pressurisée (REP) d’uranium enrichi de 3 à 5% en uranium 235, isotope fissile de l’uranium. Ce dernier a la possibilité de se scinder en deux atomes plus petits. Cette réaction très fortement exothermique est appelée fission nucléaire et se produit dans le réacteur, enceinte en acier où sont placées des gaines en zirconium aussi appelées crayons dans lesquelles sont enchâssées des pastilles de combustible. Pour enclencher la réaction, des neutrons sont envoyés sur le combustible. Ils sont en partie captés par l’uranium 235, qui fissionne et libère de 2 à 3 neutrons. Ces derniers sont le vecteur de la réaction en chaîne, c’est-à-dire qu’ils permettent à d’autres atomes d’U235 de fissionner à leur tour. Pour contrôler cette réaction sont utilisées des barres de contrôle composées d’alliages d’indium, de cadmium et d’argent, éléments caractérisés par leur propension à absorber des neutrons, ils sont appelés neutrophages. Le fait d’abaisser ces barres entre les crayons de combustible permet de diminuer l’activité du réacteur puisque les neutrons susceptibles d’entretenir la réaction en chaîne n’atteignent pas le combustible de la gaine suivante.
Schéma de la fission nucléaire - Source : La fission nucléaire
L’énergie dégagée par le réacteur est alors transmise sous forme de chaleur à un circuit fermé d’eau sous pression appelé circuit primaire. Cette eau, portée à 150 bars de pression, est le fluide caloporteur, c'est-à-dire qu’il transmet l’énergie thermique du réacteur vers l’eau d’un circuit secondaire par l’intermédiaire d’un échangeur aussi appelé générateur de vapeur. Comme son nom l’indique, il va évaporer l’eau du circuit, qui, sous forme de vapeur, entraîne un système de turbines dont le mouvement de rotation est transmis à un alternateur qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique.
Après ce stade, il est nécessaire de liquéfier ou condenser la vapeur subsistant à la sortie des turbine. Pour ce faire, de l’eau à environ 15°C est pompée dans une rivière ou un fleuve environnant, puis injectée dans un condenseur où elle a pour but d’engranger l’énergie thermique de la vapeur d’eau. A la sortie du condenseur, l’eau du second circuit est sous forme liquide et est réutilisée alors que l’eau du système de refroidissement est envoyée dans une tour de refroidissement qui va dissiper l’énergie thermique en surplus dans l’air sous forme de vapeur.
Schéma d’une centrale nucléaire REP - Source : Réacteurs nucléaires à eau pressurisée
Les différentes parties de la centrale se répartissent sur plusieurs bâtiments. Le réacteur nucléaire ainsi que le premier circuit sont abrités sous une cloche de confinement de deux épaisseurs de béton dont le but est d’isoler toutes les installations en contact avec les matières radioactives. La salle des machines regroupe quant à elle les turbines et l’alternateur.
-> Accéder à la partie I - B