Le fonctionnement d’une centrale nucléaire

Comment fonctionne une centrale nucléaire ?

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Une centrale nucléaire produit de l’électricité en utilisant l’énergie thermique libérée lors de la réaction nucléaire. 3 circuits d’eau fermés et plusieurs dispositifs assurent le transport et la transformation de l’énergie, jusqu’à la mise à disposition sur le réseau électrique.

Le cœur du réacteur

Tout débute dans le cœur du réacteur. Les agents de la centrale y amorcent, modèrent et contrôlent une fission nucléaire :

La fission nucléaire consiste à projeter un neutron à très grande vitesse sur des atomes lourds et fissibles comme l’uranium 235 ou le plutonium 239. Lors l’impact avec le neutron, l’atome de plutonium ou d’uranium se rompe et libère une grande quantité de chaleur. De plus, lorsque l’atome se fractionne, il libère d’autres neutrons qui vont à leur tour percuter d’autres atomes…ainsi de suite.

Il se produit une réaction en chaine qui libère une grande quantité d’énergie. C’est cette réaction que contrôlent et modèrent les agents de la centrale nucléaire. Pour ce faire, ils utilisent notamment des matériaux absorbants comme du bore. Quoi qu’il en soit, l’énergie thermique libérée lors de la fission nucléaire est captée et transportée par un fluide caloporteur (généralement de l’eau) par l’intermédiaire du circuit primaire.

Le circuit primaire

Dans le circuit primaire, l’eau est chauffée à environ 300°C et reste liquide sous l’effet d’un pressuriseur. Elle traverse ensuite un échangeur thermique dans lequel une partie de l’énergie calorifique est transférée vers un circuit secondaire. En fait, le fluide du circuit secondaire se gazéifie et monte en pression au contact de tubes dans lesquels circule l’eau provenant du cœur de réacteur.

Une fois l’échangeur franchi, l’eau du circuit primaire est réacheminée au niveau du cœur du réacteur où elle est de nouveau chauffée et où elle recommence le cycle. Le circuit primaire et ses dispositifs associés sont abrités dans un bâtiment étanche, construit en béton précontraint et isolé des autres infrastructures.

Le circuit secondaire

Dans le circuit secondaire,  la vapeur d’eau créée dans l’échangeur est acheminée jusqu’à des turbines. La pression du fluide actionne ces turbines qui entraînent, à leur tour, un alternateur qui produit de l’électricité grâce à des électroaimants. L’énergie thermique de l’eau se transforme ainsi en énergie mécanique (rotation de la turbine) qui se transforme enfin en électricité (via alternateur). L’électricité créée est injectée dans le réseau électrique par l’intermédiaire de transformateurs.

Après être passée dans la turbine, la vapeur d’eau du circuit secondaire est acheminée dans un condenseur où elle redevient liquide en étant refroidie par le circuit tertiaire. Elle revient ensuite à l’échangeur et recommence le cycle.

Le circuit tertiaire

L’eau du circuit tertiaire est puisée dans les sources d’eau aux abords de la centrale, comme les cours d’eau ou la mer. Elle sert à refroidir l’eau du circuit secondaire grâce à l‘échange de chaleur dans le condenseur. L’eau du circuit tertiaire est ensuite refroidie avant d’être relâchée dans la nature notamment grâce aux tours aéroréfrigérantes.

Résumé

Pour résumer, une centrale nucléaire produit de l’électricité en utilisant l’énergie thermique libérée lors de la fission nucléaire. Le circuit primaire récupère la chaleur de la réaction et la transmet au fluide du circuit secondaire par l’intermédiaire d’un échangeur. L’énergie calorifique du circuit secondaire est transformée en énergie électrique par des turbines et des alternateurs, puis elle est injectée dans le réseau électrique. L’eau du circuit tertiaire refroidit l’eau du circuit secondaire.

Compléments

Nucléaire et production d‘énergie

En France, le nucléaire représente la première source de production et de consommation d’électricité. Environ 70% de la production électrique française provient du nucléaire. L’énergie nucléaire est relativement bon marché.

 

Écologie et gestion des déchets radioactifs

Le nucléaire peut être assimilé à une énergie propre, car il a une emprunte carbone faible. Néanmoins, il peut représenter de graves dangers écologiques notamment à cause des déchets radioactifs qu’il génère. À forte dose, la radioactivité a des effets néfastes sur les organismes vivants. Les déchets radioactifs constituent donc un risque pour la santé et l’environnement s’ils sont rejetés dans la nature. Actuellement, ils sont conditionnés dans des « contenants » en béton et/ou métal pour que les radiations ne s’en échappent pas. Les solutions de stockage seraient conçues pour résister à l’épreuve du temps et limiter l’impact en cas de défaut du composant de stockage.

Les catastrophes nucléaires majeures

Dans l’histoire, il s’est produit 2 incidents nucléaires majeurs.

Catastrophe nucléaire de Fukushima

L’incident le plus récent date de 2011. Il s’agit de la détérioration de la centrale de Fukushima au Japon. Un tsunami consécutif à un séisme a mis le système de refroidissement principal hors service ce qui a entraîné la fusion des cœurs des réacteurs.

Catastrophe nucléaire de FukushimaL’autre incident nucléaire de grande ampleur est l’explosion de la centrale de Tchernobyl en Ukraine en 1986. Suite à plusieurs erreurs humaines, le cœur du réacteur est rentré en fusion ce qui a provoqué la libération d’importantes quantités d’éléments radioactifs dans l’atmosphère. Pour plus d’information sur le sujet, je vous recommande l’excellente série d’HBO : Chernobyl. Elle retrace l’histoire de la catastrophe et la gestion de crise qui s’en est suivi.

Aujourd’hui les zones aux abords de ces 2 centrales sont encore hautement radioactives et interdites d’accès. Chose incroyable, depuis que l’homme la quitter les terres proches de Tchernobyl, la faune et la flore ont repris possession des lieux malgré la radioactivité,

Sources

Articles

• Wikipedia :
  • https://fr.wikipedia.org/wiki/Accident_nucl%C3%A9aire_de_Fukushima
  • https://fr.wikipedia.org/wiki/Catastrophe_nucl%C3%A9aire_de_Tchernobyl
• Blog connaissance des énergies : https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/principes-de-fonctionnement-d-un-reacteur-nucleaire
• E-rse : https://e-rse.net/nucleaire-energie-propre-ecologique-pollution-24625/#gs.a6cp08
• Site EDF :
  • https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-fonctionnement-d-une-centrale-nucleaire
  • https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres

 Vidéos

• Comment la fission de l’uranium permet le fonctionnement d’une centrale nucléaire – EDF – https://www.youtube.com/watch?v=I09DhTubNqE