Le nucléaire : les grandes lignes (1)

En 2011, la France est équipée de 58 réacteurs nucléaires d’une puissance de 880 à 1.500 MWe. Leur puissance totale est de 63.130 MWe (MégaWatts électriques) et leur production annuelle théorique est de 553.019 GWh.

Le terme nucléaire, a pour étymologie « nucléus » mot latin qui signifie « noyau ». On ne s’intéresse donc ici qu’au noyau de l’atome. Alors que se passe-t-il exactement ? Certains atomes dits « lourds » possèdent un noyau si dense, qu’ils sont instables. Il se produit alors des réarrangements au sein de ces noyaux de façon à s’alléger et être plus stables.

Mais les réactions nucléaires peuvent aussi être provoquées : on donne un petit coup de pouce aux atomes instables pour qu’ils se désintègrent.

L’uranium Parmi les atomes présents dans la nature, l’atome d’Uranium (on parle d’uranium 235) possède une propriété particulière : son noyau très lourd peut se briser en deux fragments sous l’impact d’un neutron : c’est ce qu’on appelle la fission. L’énergie de liaison , qui assure la cohésion des protons et des neutrons au sein du noyau, se trouve ainsi libérée ce qui se traduit par un dégagement important de chaleur.

Mais en se fragmentant, l’uranium libèle de nouveaux neutrons qui, à leur tour, viendront percuter d’autres atomes d’uranium et dégager encore plus de chaleur : on parle alors de réactions en chaîne.

A titre de comparaison avec son équivalent charbon ou pétrole dans des centrales thermiques classique :

1 g d’Uranium dégage autant de chaleur que la combustion d’environ 2t de charbon.

Des atomes fissiles en quantité suffisante et agencés selon une géométrie particulière peuvent donner lieu à une réaction en chaîne se propageant si rapidement qu’elle conduit à une réaction explosive. C’est le cas des engins militaires.

Dans les centrales nucléaires, la proportion beaucoup plus faible de matière fissile rend impossible toute réaction explosive ; des dispositifs de régulation appropriés permettent de contrôler la réaction en chaîne et d’obtenir un dégagement d’énergie continu et prédéterminé : c’est le but des barres de contrôle qui en plongeant dans le réacteur viennent « absorber » les neutrons en stoppant ou ralentissant la réaction en chaîne.

Le principe de fonctionnement

Dans une centrale nucléaire classique à eau préssurisée (on parle de PWR (pressurized water reactor) ou REP (réacteur à eau sous pression), il y a trois circuits dans lequel circule de l'eau.

1- le circuit primaire :

C'est l'eau qui circule au niveau du réacteur dans lequel est stocké l'uranium conditionné sous forme de petites pastilles gainées dans un matériau étanche.

Le dégagement de chaleur issu des réactions de fission en chaîne permet de chauffer l'eau de ce circuit aux environs de 300°C. On maintient l'eau sous pression afin d'empêcher l'ébullition ( c'est le rôle du pressuriseur).

3 niveaux de sécurité sont prévus afin de confiner le produit radioactif : la gaine métallique, la cuve du réacteur, l'enceinte de confinement en béton.

Les différentes couches permettant le confinement du cœur du réacteur . Source : « Le nucléaire : questions / réponses – Alain grée – Document EDF)

2- le circuit secondaire :

La chaleur de l’eau du circuit primaire est transmise à l’eau du circuit secondaire : c’est un circuit fermé constitués d’échangeurs. Les tubes de ces échangeurs sont parcourus par l’eau du circuit primaire et à leur contact, l’eau du circuit secondaire s’échauffe à son tour et se transforme en vapeur. On parle de « générateur de vapeur ».

La vapeur comme nous l’avons vu dans l’article précédent, va pouvoir entraîner la turbine puis l’alternateur.

3- Le 3e circuit :

Il s’agit du circuit de refroidissement car il faut bien condenser la vapeur qui a travaillé dans la turbine…Le circuit de refroidissement permet de condenser cette vapeur : dans un 3e circuit indépendant, l’eau de refroidissement s’échauffe au contact de la vapeur au niveau d’un nouvel échangeur (le condenseur). L’eau de refroidissement qui s’est échauffée est à son tour refroidie via les tours aéroréfrigérantes…

Les déchets radioactifs

L'uranium séjourne environ 3 ou 4 ans dans le réacteur, ensuite il devient moins "performant" (déchets de la fission et autres atomes fissiles).

A sa sortie du réacteur, un tri est effectué afin de récupérer l'energie fissile encore présente (97 % environ). C'est dans une usine de traitement qu'a lieu le tri. Après ce tri, les déchets sont mis en solution, stockés en cuve durant quelques années avant d'être vitrifiés par incorporation à des matrices de verre et coulés dans les conteneurs étanches en acier inoxydable.

Avec une capacité de 1600 tonnes annuelles, l'usine Gogema de la Hague est la plus grande installation de retraitement du monde.