Savoir et comprendre
Résumé
Les composants d’un réacteur en détail
08/02/2017
La cuve et le cœur du réacteur
Le cœur du réacteur, où se produit la réaction en chaîne produisant de la chaleur, est composé d’assemblages combustibles. Chaque assemblage combustible comporte 264 crayons combustibles, 24 tubes pouvant contenir les crayons d’une grappe de commande et un tube d’instrumentation.
| |  |
| |
Cuve d'un réacteur nucléaire de 900 MWe (© Georges Goué/Médiathèque IRSN).
|
Les crayons combustibles, d’une hauteur approximative de 4 mètres (variable selon la puissance du réacteur), sont constitués de tubes en alliage de zirconium (ou zircaloy), appelés aussi gaines. La gaine des crayons combustibles constitue la première des trois barrières de sûreté qui empêche la dispersion des produits radioactifs contenus dans le combustible.
A l’intérieur des crayons sont empilées des pastilles de 8,2 mm de diamètre de dioxyde d’uranium (UO2) ou d’un mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium ((U,Pu)O2, qui constituent le combustible nucléaire. Le combustible est renouvelé partiellement lors des arrêts programmés du réacteur dont la périodicité varie entre 12 et 18 mois.
Le cœur est disposé à l’intérieur d’une cuve en acier au carbone (cf. schéma ci-contre) revêtue d’une « peau » en acier inoxydable, munie d’un couvercle qui est enlevé pour les opérations de renouvellement du combustible. En fonctionnement normal, la cuve du réacteur est remplie d’eau maintenue à une pression de 155 bar.
Assemblage combustible à La Hague (Manche). Il contient les mécanismes de commandes de grappes comparables à ceux utilisés à la centrale du Blayais (Gironde). Source : Areva (à gauche) et Stéphanie Jayet/IRSN (à droite).
Le circuit primaire et les circuits secondaires
Le circuit primaire
Le circuit primaire évacue la chaleur dégagée dans le cœur du réacteur grâce à une circulation d’eau sous pression, dite eau ou réfrigérant primaire, dans des boucles de refroidissement.
Le circuit primaire est la deuxième des trois barrières de sûreté qui empêche la dispersion des produits radioactifs.
Chaque boucle de refroidissement, raccordée à la cuve, est équipée d’une pompe (pompe primaire), qui assure la circulation de l’eau chauffée au contact des éléments combustibles vers des échangeurs de chaleur (les générateurs de vapeur) dans lesquels l’eau primaire transfère son énergie aux circuits secondaires avant de revenir dans le cœur (cf. circuit rouge dans le schéma ci-dessus).
Un pressuriseur, raccordé à une boucle de refroidissement, permet l’expansion de l’eau due à sa dilatation et la maîtrise de la pression dans le circuit primaire à 155 bars, afin de maintenir sous forme liquide l’eau chauffée à plus de 300°C.
Principaux composants du circuit primaire et des circuits secondaires d’un réacteur nucléaire
© Georges Goué/Médiathèque IRSN - Cliquez sur l'image pour agrandir
Les circuits secondaires
Les circuits secondaires (cf. circuit orange dans le schéma ci-dessus) sont utilisés pour convertir l’énergie thermique produite par le cœur en énergie électrique.
L’eau du circuit primaire (radioactive) transmet sa chaleur à l’eau des circuits secondaires (non radioactive) dans les générateurs de vapeur, dont le nombre dépend de la puissance du réacteur : 3 pour les réacteurs de 900 mégawatt (MWe), 4 pour les réacteurs de 1300 et 1450 MWe.
La vapeur ainsi produite fait tourner les turbines qui, couplée à l’alternateur, produisent l’électricité. Au sortir de la turbine, la vapeur est refroidie dans un condenseur, retransformée en eau et renvoyée dans les générateurs de vapeur.
Le bâtiment réacteur
Le bâtiment réacteur (ou enceinte de confinement) est la troisième barrière de sûreté qui assure le confinement des substances radioactives par rapport à l’environnement extérieur et la protection du réacteur contre les agressions externes.
| |  |
| |
Les 3 barrières de sûreté (Source: IRSN)
|
Le bâtiment réacteur abrite la cuve, le circuit primaire, une partie des circuits secondaires (dont les générateurs de vapeur) ainsi que certains auxiliaires de fonctionnement et de sûreté.
De manière schématique, le bâtiment du réacteur est constitué d’un cylindre en béton surmonté d’un dôme en béton (toît du bâtiment) qui forme une enveloppe résistante et à étanchéité spécifiée.
Selon la puissance du réacteur, le bâtiment du réacteur peut être à simple paroi (réacteur de 900 MWe) ou à double paroi (réacteurs 1 300 MWe et 1 450 MWe). Elle est conçue pour résister à la pression atteinte lors des accidents retenus à la conception du réacteur (4 à 5 bars absolus) et pour rester étanche dans ces circonstances. Les parois en béton reposent sur un radier lui-même en béton qui constitue le socle du bâtiment.
Les principaux circuits auxiliaires et circuits de sauvegarde
Les circuits auxiliaires contribuent, en fonctionnement normal du réacteur ainsi que lors de sa mise à l’arrêt ou de son redémarrage, à l’accomplissement des trois fonctions de sûreté (maîtrise de la réaction en chaîne, refroidissement du combustible nucléaire, confinement de la radioactivité).
| |  |
| |
Principaux circuits auxiliaires et de sauvegarde d’un réacteur nucléaire (Source: Didier Jacquemain/IRSN)
|
Les circuits auxilliaires
Le circuit de contrôle chimique et volumétrique du réacteur (RCV) est l'un des deux principaux circuits auxiliaires. Il a plusieurs rôles :
- d’ajuster la concentration du bore dans l’eau du circuit primaire par ajout d’eau déminéralisée ou d’eau borée en fonction des variations de la puissance du cœur du réacteur
- d’ajuster la masse d’eau dans le circuit primaire en fonction des variations de température
- de maintenir la qualité de l’eau du circuit primaire, en réduisant sa teneur en produits de corrosion grâce à l’injection de substances chimiques
Deuxième principal circuit auxiliaire, le circuit de refroidissement du réacteur à l’arrêt (RRA) a pour fonction, lors d’une mise à l’arrêt du réacteur, d’évacuer la chaleur résiduelle produite par le combustible dans la cuve du réacteur et d’éviter l’échauffement de l’eau du circuit primaire dû à la présence de combustible dans le cœur.
Les circuits de sauvegarde
Le rôle des circuits de sauvegarde est de maîtriser les situations accidentelles et d’en limiter les conséquences. Les principaux circuits de sauvegarde sont :
- le circuit d’injection de sécurité (RIS) qui permet d’injecter de l’eau borée dans le cœur du réacteur afin de stopper la réaction nucléaire et de maintenir le volume d’eau dans le circuit primaire en cas d’accident de perte de réfrigérant primaire
- le circuit d’aspersion dans l’enceinte (EAS) qui, en cas d’accident conduisant à une augmentation significative de la pression dans le bâtiment du réacteur, permet de faire décroître cette pression et de préserver ainsi l’intégrité de l’enceinte de confinement. Ce circuit permet également de rabattre au sol les éléments radioactifs sous forme d’aérosols éventuellement relâchés dans cette enceinte
- le circuit d’alimentation de secours en eau des générateurs de vapeur (ASG) qui permet de maintenir le niveau d’eau dans la partie secondaire des générateurs de vapeur et donc de refroidir l’eau du circuit primaire en cas d’indisponibilité du circuit normal d’alimentation en eau des générateurs de vapeur (circuit ARE, cf. schéma dans le partie consacrée au circuit primaire et ajux circuits secondaires ci-dessus).
Les autres circuits
Il existe d'autres circuits importants pour la sûreté du réacteur, en particulier :
- le circuit de réfrigération intermédiaire (RRI) qui assure le refroidissement d’un certain nombre d’équipements importants pour la sûreté du réacteur (RCV, RIS, EAS, RRA et circuits de ventilation)
- le circuit d’eau brute secouru (SEC) qui assure le refroidissement du RRI au moyen de la source froide
- le circuit de réfrigération et de purification de l’eau des piscines (PTR) qui permet, entre autres, d’évacuer la chaleur résiduelle des assemblages combustibles entreposés dans la piscine d’entreposage des assemblages combustibles usés
- les circuits de ventilation qui jouent un rôle essentiel dans le confinement des matières radioactives par la mise en dépression des locaux et la filtration des rejets
- les circuits destinés à la lutte contre l’incendie
- le circuit de contrôle-commande et les circuits électriques.
Pour en savoir plus :
A lire également :