Un réacteur nucléaire n’est rien d’autre, au fond, qu’une puissante chaudière. Il ne sert qu’à chauffer l’eau, à haute température. Mais tous les réacteurs de centrales nucléaires sont-ils identiques?

Une centrale nucléaire émet une grande quantité de vapeur d'eau. © Natura Sciences

Une centrale nucléaire émet une grande quantité de vapeur d’eau. © Natura Sciences

Il existe différentes filières de centrales nucléaires, se caractérisant par trois principaux éléments et leur association. D’abord le combustible : uranium naturel, uranium enrichi ou plutonium. Puis, il peut y avoir différents types de modérateurs, la substance utilisée pour favoriser le développement de la réaction. Il pourra s’agir d’eau ordinaire, d’eau lourde, de graphite. Enfin, le fluide caloporteur permet d’extraire la chaleur produite par le combustible nucléaire. Il s’agit d’eau ordinaire sous pression ou bouillante, d’eau lourde, de gaz carbonique, de sodium ou d’hélium.

Quels sont les différents types de réacteurs nucléaires?

En fonction de ces 3 principaux éléments, on distingue trois grandes familles de réacteurs. La première : les réacteurs à eau légère. Ils représentent l’essentiel du parc mondial. Ils se subdivisent en 2 groupes : les Réacteurs à Eau sous Pression et les Réacteurs à Eau Bouillante. Ces réacteurs représentent 357 unités en service. La deuxième : les réacteurs à eau lourde de conception canadienne représentant 47 réacteurs en service. Et la troisième : les réacteurs refroidis au gaz représentant 18 unités en service au Royaume-Uni. Un calendrier d’arrêt a été fixé pour ces réacteurs. Il existe d’autres types de réacteurs en service comme les réacteurs russes graphite-eau légère et des réacteurs à neutrons rapides, mais leur puissance et leur nombre sont marginaux sur le plan mondial.

Les centrales nucléaires françaises appartiennent à la filière des Réacteur Eau sous Pression (REP). Le combustible est de l’uranium légèrement enrichi. Le modérateur et le caloporteur sont de l’eau ordinaire sous pression. Les centrales françaises présentent différents paliers de puissance électrique des réacteurs : 900, 1300 et 1450 mégawatts.

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Comment fonctionne un réacteur nucléaire REP ?

Un réacteur n’est rien d’autre, au fond, qu’une puissante chaudière : elle ne sert qu’à chauffer l’eau, à haute température. Le principe de la production d’électricité peut alors être schématisé simplement. Placés dans une cuve en acier remplie d’eau, les assemblages de combustible forment le cœur du réacteur. Lorsque les atomes d’uranium se fissurent, ils dégagent de la chaleur. L’eau va alors s’échauffer à 300°C. La pression empêche l’eau de bouillir. L’eau va circuler dans un circuit fermé appelé circuit primaire.

Le circuit primaire va permettre de transférer la chaleur depuis le cœur du réacteur, vers un système où un cycle thermodynamique est utilisé. A ce moment, une turbine à vapeur, dont le rendement est que de 34 % est utilisée. Dans les filières thermiques classiques, des cycles combinés permettent d’obtenir des rendements typiques de 52 %. Un tel cycle n’est pas possible ces centrales nucléaires, car la température de la source chaude n’est pas assez élevée. Pour ce faire, il faudrait qu’elle atteigne 1200°C. D’après les données disponibles, le rendement passerait à 40 % avec les EPR. D’où l’intérêt de remplacer l’eau par un autre modérateur.

Au contact des tubes parcourus par l’eau du circuit primaire, l’eau du circuit secondaire va s’échauffer à son tour et produire de la vapeur. Cette vapeur fait tourner la turbine, entraînant l’alternateur qui produit l’électricité. Après son passage dans la turbine, la vapeur est refroidie, retransformée en eau et renvoyée vers le générateur de vapeur pour un nouveau cycle.

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Refroidir pour mieux produire

Pour assurer la continuité du cycle, il faut assurer le refroidissement : c’est le rôle du circuit de refroidissement. C’est ainsi qu’un condenseur permet de transformer la vapeur du circuit secondaire en eau liquide. Cet appareil est formé de milliers de tubes à l’intérieur desquels voyage de l’eau froide prélevée sur une source extérieure (rivière, fleuve ou mer). L’eau du condenseur est rejetée légèrement échauffée à la source dont elle provient.

Si le débit de la rivière est faible ou si l’on souhaite limiter son échauffement, on utilise alors les tours de refroidissement, qui sont ces grandes tours caractéristiques des centrales nucléaires. L’eau est uniformément répartie à la base de la tour et est refroidie par les courant d’airs tout au long de son évolution dans la tour. L’essentiel de l’eau retourne alors vers le condenseur, le reste s’évapore dans l’atmosphère. C’est cette fumée blanche qui s’échappe des centrales.

Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com

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  • coquel

    Votre article sur le fonctionnement d’un REP est erroné. Notamment sur la photo vous mentionnez qu’une centrale émet une grande quantité de vapeur d’eau. cela n’est vrai que pour celle qui sont refroidies par aéro-réfrigérants et elles ne sont que quelques unes….