Savoir et comprendre
Résumé
Fonctionnement d’un réacteur nucléaire
08/02/2017
Un réacteur nucléaire est une installation industrielle qui utilise le principe de la fission nucléaire pour produire de l’électricité.
Dans un réacteur nucléaire, des noyaux d'uranium remplacent le combustible fossile (charbon, pétrole) utilisé dans les centrales thermiques. Lorsqu’un neutron vient heurter un noyau d’uranium, celui-ci se casse en libérant d’autres neutrons et de l'énergie sous forme de chaleur. Les neutrons libérés vont percuter d’autres noyaux d’uranium et ainsi de suite : la réaction s’auto-entretient, on parle alors de réaction en chaîne.
La chaleur dégagée durant la réaction en chaîne est utilisée pour produire de la vapeur d'eau. De la même manière que dans les centrales thermiques, c’est cette vapeur qui entraîne une turbine et son alternateur pour produire l’électricité.
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| | Remplacement du générateur de vapeur à la centrale de Cruas-Meysse, en Ardèche. © Jean-Marie Huron/Signatures/IRSN. |
Trois circuits indépendants
Ce fonctionnement est basé sur trois circuits indépendants remplis d’eau qui opèrent des échanges thermiques.
- Le circuit primaire(cf. circuit jaune sur le schéma ci-dessous) est un circuit fermé qui assure la transmission de la chaleur dégagée dans le cœur du réacteur (où se situe le combustible et s’opère la réaction en chaîne) aux générateurs de vapeur qui transforment cette chaleur en vapeur.
- Le circuit secondaire (cf. circuit bleu) est un circuit fermé qui amène la vapeur produite dans les générateurs de vapeur à la turbine du groupe turbo-alternateur qui produit l’électricité. Ensuite, la vapeur est retransformée en eau dans le condenseur.
- Le circuit de refroidissement (cf. circuit vert) alimente en eau froide le condenseur. Cette eau (la source froide) est prélevée dans un fleuve, une rivière ou la mer.
Selon le modèle de réacteur, l’eau peut être ensuite rejetée à la source à une température légèrement plus élevée (réacteur sans aéroréfrigérant) ou bien refroidie dans un aéroréfrigérant puis réinjecté dans le circuit de refroidissement (réacteur avec aéroréfrigérant).
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Vue des 4 aéroréfrigérants de la centrale de Cattenom, en Moselle. © Arnaud Bouissou/MEDDE/IRSN. |
L’aéroréfrigérant est une tour creuse en son centre dans laquelle se crée, naturellement, un courant d’air entrant en partie basse et sortant en partie haute. Au passage, ce courant d’air prélève la chaleur contenue dans l’eau du circuit de refroidissement et la disperse dans l’atmosphère sous forme de nuage de vapeur d’eau. Pour remplacer ce volume de vapeur d’eau dispersé dans l’atmosphère, un prélèvement équivalent est réalisé depuis le fleuve. L’opération est reproduite en permanence.
Seule l’eau du circuit primaire est radioactive, l’eau du circuit secondaire et l’eau du circuit de refroidissement ne sont jamais en contact avec le combustible nucléaire.
Principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire sans aéroréfrigérant
Principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire avec aéroréfrigérant
Trois fonctions de sûreté
Pour assurer la sûreté de fonctionnement d’un réacteur nucléaire, il est primordial de maintenir en permanence trois fonctions de sûreté :
- le contrôle de la réaction en chaîne. On parle également de maîtrise de la réactivité neutronique du cœur
- le refroidissement du combustible nucléaire. Lorsque le réacteur est en fonctionnement, il faut en continu évacuer la chaleur dégagée par le combustible nucléaire. Quand le réacteur est arrêté, il faut également évacuer la chaleur résiduelle qui subsiste après la fin de la réaction en chaîne
- le confinement de la radioactivité. Il s’agit d’empêcher la dispersion des substances radioactives dans l’environnement, et d’assurer la protection des personnes et de l’environnement contre les rayonnements ionisants.
La sûreté des centrales nucléaires : La défense en profondeur