LE FONCTIONNEMENT DU RÉACTEUR A EAU SOUS PRESSION
La chaleur dégagée par l’énergie libérée lors de la fission des noyaux d’uranium sert à produire de la vapeur à haute pression pour faire tourner une turbine et actionner un alternateur, comme dans toute centrale thermique, afin de produire de l’électricité. Trois circuits indépendants, sans aucune liaison entre eux, sont nécessaires pour extraire la chaleur de l’uranium et la transférer à la vapeur.
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LE CIRCUIT PRIMAIRE
Dans le circuit primaire, une pompe permet de mettre l’eau en circulation
qui, étant un fluide caloporteur, transporte l’énergie libérée sous forme de
chaleur jusqu’au circuit secondaire. Au contact du combustible, elle atteint des
températures de plus de 300°C, il est donc nécessaire de la maintenir à une
pression très élevée (155 bars = 155.105 Pa) pour l’empêcher de bouillir : c’est
le rôle du pressuriseur. Elle passe ensuite dans les 3300 tubes en forme de U du
générateur de vapeur. Au contact de ces tubes parcourus par l’eau chaude du
circuit primaire, alors à une température de 280°C, l’eau du circuit secondaire
se vaporise.
L’eau présente dans la cuve sert aussi de modérateur : elle ralentit les
neutrons grâce à l’hydrogène (de 20000 km/s à 2000 km/s), ralentissement
nécessaire à la réaction.
LE CIRCUIT SECONDAIRE
La vapeur du circuit secondaire fait tourner une turbine et actionne un alternateur qui produit de l’électricité. Elle est ensuite condensée grâce au circuit de refroidissement et renvoyée au générateur de vapeur grâce à une pompe.
LE CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT
La condensation de la vapeur se fait au contact de tubes parcourus par l’eau d’un circuit de refroidissement extérieur. Cette eau circule à grand débit pour limiter son échauffement et maintenir sa température à une dizaine de degrés. N’étant jamais au contact de l’eau des autres circuits elle peut être rejetée sans danger dans le cours d’eau d’où elle provient. C’est pour cette raison qu’une centrale est toujours construite à proximité d’un cours d’eau. Lorsque le débit du fleuve est trop faible ou pour éviter son réchauffement, on utilise parfois des tours de refroidissement (= aéroréfrigérant) où l’eau tiède, répartie à la base de la tour, est refroidie par le courant d’air ascendant. Cette eau est ensuite renvoyée au moyen d’une pompe au niveau du condensateur où elle pourra être réutilisée.
LES DIFFÉRENTES TRANCHES
La réunion d’un réacteur et d’un groupe turbo-alternateur correspond à une
unité de production électrique que l’on appelle tranche. La plupart des
centrales en comprennent deux ou quatre qui peuvent être de trois puissances
différentes : en France on trouve 34 tranches de 900 MW, 20 tranches de 1300 MW
et 4 tranches de 1450 MW.
C’est en 1974, pour faire face à la crise du pétrole et assurer l’indépendance
énergétique de la France, que le gouvernement décide d’accélérer le programme de
construction de centrales nucléaires. Aujourd’hui 80% de l’électricité produite
en France est d’origine nucléaire. Outre les 58 réacteurs à eau pressurisée, le
parc nucléaire français comprend deux réacteurs à neutrons rapides : les
surgénérateurs Phénix et Superphénix.
LA SECURITE NUCLÉAIRE
Une centrale nucléaire fonctionnera normalement durant plus de 40 ans avec des arrêts réguliers pour renouveler le combustible et mener des opérations de maintenance. De plus, de fréquentes inspections sont menées afin de contrôler la sûreté des centrales nucléaires.
LES RAYONNEMENTS RADIOACTIFS
La radioactivité se manifeste sous forme de rayonnements dont la
nature dépend de ce que le noyau émet. La réaction de fission et les produits de
fission dégagent plusieurs types de rayonnements :
* Les rayonnements alpha, peu pénétrants, qui sont très faciles à arrêter. En
effet une simple feuille de papier permet de les stopper.
* Les rayonnements bêta sont arrêtés par une feuille d’aluminium de quelques
millimètres.
* Les rayonnements gamma sont des ondes électromagnétiques de même nature que la
lumière ou les rayons X, mais beaucoup plus énergétiques et très pénétrantes. Il
faut une forte épaisseur de plomb ou de béton pour les stopper.
* Les rayonnements neutroniques dont la pénétration des neutrons dépend de leur
énergie. Il faut une forte épaisseur d’eau, de béton ou de paraffine pour les
arrêter.
| La cuve du réacteur est remplie d’eau car celle-ci stoppe les rayonnements. Ainsi, le renouvellement du combustible s’effectue sous l’eau pour éviter tout risque de contamination radioactive de l’environnement. |  |
LES TROIS BARRIERES DE SURETE
Pour éviter la contamination de l’environnement par les produits
radioactifs issus de la réaction de fission, 3 barrières étanches successives
sont présentes dans toutes les centrales nucléaires :
* la gaine du combustible réalisée en alliage spécial,
* l’enveloppe en acier, épaisse de 20 cm, qui constitue le circuit primaire de
la centrale (cuve du réacteur, pompes primaires, pressuriseur, tuyauteries,
etc.…), où l’eau circule en circuit fermé,
* l’enceinte de confinement en béton, épaisse de 90 cm, et revêtue d’acier sur
sa partie interne ( une seule paroi en béton pour les centrales de 900 MW tandis
que deux sont présentes dans les centrales de 1300 et 1450 MW) est prévue pour
résister à la dilatation, à un tremblement de terre, à une chute d’avion, etc…
LE CONTRÔLE DE LA RÉACTION
Pour éviter tout risque d’amplification incontrôlée de la
réaction en chaîne, 3 dispositifs sont mis en place :
* Du bore, élément neutrophage (absorbe les neutrons), peut être dissout dans
l’eau : l’acide borique permet ainsi de ralentir la réaction,
* Les barres de contrôle, elles aussi constituées d’éléments neutrophages,
servent à contrôler la réaction et à ajuster la puissance du réacteur à la
demande du réseau. La chute totale des barres, qui arrête la réaction en chaîne,
nécessite 2.4 s et elle serait automatique, par exemple, lors d’une coupure
d’électricité,
* En ultime recours, le réacteur peut être aspergé directement par de l’acide
borique grâce à un système de « douches » installées dans le dôme en béton.
LA RODONDANCE DU SYSTÈME
Pour éviter toute coupure d’électricité, 5 moyens différents sont mis en place (générateurs de secours qui peuvent atteindre leur pleine puissance en 9.5 s). Pour toutes les installations techniques indispensables à la sûreté de la centrale, le système est redondant (par exemple, plusieurs pompes pour le circuit de refroidissement) et ces installations « de secours » sont disposées à des localisations différentes pour éviter qu’un éventuel incendie ne paralyse tout le fonctionnement de la centrale.
L'ENTRETIEN DES TRANCHES
En cas de problème, un rapport immédiat est fait à l’autorité de
sûreté, c’est à dire le gouvernement.
Suivant la gravité de la panne, la direction de la sûreté peut décider
d’attendre le prochain arrêt de la tranche prévu pour renouveler une partie du
combustible mais aussi vérifier et entretenir les principaux composants de
celle-ci ou bien l’arrêt immédiat de la tranche peut-être ordonné.
Deux types d’arrêts sont prévus alternativement et l’organisation de toutes les
opérations devant être effectuées au cours de ceux-ci commence 6 mois avant la
date de l’arrêt :
- les arrêts courts permettent le renouvellement du combustible
- les arrêts longs sont prévus pour la réalisation des opérations de
maintenance.
Tous les dix ans, une visite complète des matériels, appelée « visite décennale
», est indispensable pour assurer la sûreté des tranches en fonctionnement
durant toute la durée de vie de la centrale (» 40 ans ).
LA PROTECTION DU PERSONNEL
Chaque intervenant porte des vêtements spéciaux lavés ou jetés après chaque intervention (tenue, chaussures, gants, tee-shirt, chaussettes, etc …) et possède un dosimètre électronique personnel qui mesure en temps réel l’exposition pendant la durée du chantier. Celle-ci reste faible grâce à ces protections et au relais fréquent du personnel lors, par exemple, d’une opération de maintenance soumettant les intervenants à une forte radioactivité. A la sortie de la zone contrôlée, un portique permet la détection d’une éventuelle contamination.
