Centrales nucléaires et production
En France, le parc des centrales nucléaires est la première source de production et de consommation d’électricité et cela malgré l’indisponibilité de certains de ses réacteurs.
Cette production nucléaire représente 67 % à 69 % de la production totale.
Le parc français délivre ainsi entre 430 TWh (2005) et 335 TWh (2020) selon les années.
Une centrale nucléaire sert à produire de l’électricité pour alimenter une ampoule.
C’est simple à écrire.
Par contre expliquer comment fonctionne les centrales nucléaires va être moins facile avec ce nouvel article.
Pour commencer prenons simplement les bases.
Une centrale nucléaire est un site industriel et ce site produit de l’électricité.
Pour la production d’électricité le site utilise une chaudière avec de l’eau chaude et de la vapeur.
La chaleur est produite avec une source d’énergie qui est un combustible nucléaire.
Les réacteurs
Globalement, le parc nucléaire mondial se compose de centrales avec des réacteurs à eau bouillante (REB) et à eau pressurisée (REP).
Ces centrales sont celles de la deuxième génération.
Tous les réacteurs utilisent ainsi un combustible à base d’uranium et le principe de la fission (différent de la fusion).
L’ensemble des réacteurs sont aussi à neutrons lents (neutrons thermiques).
En effet, dans ces réacteurs nucléaires on ralentit la vitesse des neutrons avec des modérateurs (graphite ou eau lourde) pour augmenter la probabilité d’interaction avec la matière fissile.
La troisième génération en cours de développement se compose quant à elle de versions plus modernes des précédentes.
Les premières centrales sont construites en Finlande, au Royaume-Uni, en Chine et en France (Flamanville).
Un projet est d’ailleurs en cours en Pologne pour une mise en service vers 2026.
Cette troisième génération regroupe l’EPR (European Pressurized Reactor) développé conjointement par Framatome et Siemens et l’AP1000 développé par Westinghouse.
Avec la quatrième génération en préparation, les réacteurs vont pouvoir consommer leurs propres déchets nucléaires.
Ils utiliseront ainsi au maximum le combustible fissible.
Petits Réacteurs Modulaires
Pour conclure avec les réacteurs, il existe un autre type de centrale nucléaire pouvant présenter de nouveaux avantages
De faible encombrement et donc moins cher, il s’agit des Petits Réacteurs Modulaires (small modular reactors ou SMR).
Ce type de réacteurs de poche fait l’objet de recherches depuis une cinquantaine d’années.
Plusieurs unités peuvent être mises en série, ce qui permet d’adapter le besoin à la production.
Et cela au plus près des territoires pour satisfaire une industrie isolée par exemple.
Imaginer un fonctionnement des SMR avec la fusion pourrait permettre un bond technologique et d’obtenir une innovation de rupture.
En effet, la fusion optimiserait le combustible avec le besoin.
Et cela en dehors des grandes structures que l’on connaît actuellement avec les centrales actuelles.
Dans l’immédiat, les SMR seront des réacteurs à fission avec une puissance variable entre 10 et 300 MW.
Site industriel nucléaire
Comme tout site industriel, une centrale nucléaire fonctionne selon des logiques de production.
C’est donc avant tout une machine qui produit de l’électricité.
L’objectif d’une centrale nucléaire est simple : transformer de la chaleur en électricité grâce à la vapeur.
Elle prend de l’eau et elle la chauffe pour obtenir de la vapeur.
Tout comme les centrales thermiques fonctionnant avec des combustibles fossiles et les centrales hydrauliques.
Le point commun entre les centrales thermiques et les centrales nucléaires, c’est donc la vapeur.
Par contre la différence, pour chauffer l’eau, c’est l’énergie.
Les unes brûlent ainsi du charbon, du pétrole et du gaz tandis que les autres se servent de la fission nucléaire.
Une centrale nucléaire comprend d’ailleurs trois circuits d’eau totalement indépendants pour fonctionner.
C’est logique : pas d’eau, pas de vapeur.
De plus tout cela vous permet de recharger votre smartphone et de faire chauffer le biberon de votre bébé en regardant la télé.
Énergie vapeur
L’énergie d’une centrale nucléaire c’est la vapeur. Et donc l’atome, c’est le combustible.
Pour obtenir cette vapeur, on chauffe de l’eau. Et cela grâce à la fission des atomes d’uranium.
Ça se passe dans un réacteur.
C’est donc ce réacteur nucléaire qui utilise le principe de la fission nucléaire.
En physique, c’est simple aussi : des noyaux d’uranium remplacent le combustible fossile (pétrole gaz ou charbon).
Ensuite un neutron percute un noyau d’uranium qui se brise en plusieurs neutrons.
Et en même temps il libère de l’énergie sous forme de chaleur. Une énorme chaleur.
Température de l’eau
La température de l’eau qui circule autour du réacteur est de 320 °C.
En effet cette eau est sous pression dans un circuit primaire fermé pour ne pas bouillir.
La fission nucléaire doit produire de la chaleur qui transforme l’eau en vapeur. Pour cela il suffit de passer le circuit primaire dans un deuxième circuit secondaire fermé grâce à un générateur de vapeur.
Tout se passe en fin de compte dans le générateur de vapeur où l’eau chaude du circuit primaire chauffe l’eau du circuit secondaire qui devient de la vapeur.
Dans une centrale nucléaire, seule l’eau du circuit primaire est radioactive.
L’eau dans les circuits secondaires et de refroidissement n’est jamais en contact avec le combustible nucléaire
Eau froide
Par contre pour maîtriser le cycle, la vapeur du circuit secondaire doit se transformer en eau à la sortie de la turbine.
Cette opération se réalise avec un condenseur dans lequel circule de l’eau froide provenant d’un fleuve ou de la mer.
Il s’agit du troisième circuit d’eau dénommé circuit de refroidissement.
L’eau peut alors repartir à sa source (mer ou fleuve) à une température plus élevée.
Mais on peut aussi la refroidir avant de la rejeter grâce à un aéroréfrigérant ou la remettre en circuit.
L’aéroréfrigérant c’est la grosse tour creuse que vous voyez au loin avec la fumée blanche.
En fait dans cette tour un courant d’air refroidit l’eau chaude du circuit. Ce qui provoque le nuage de vapeur d’eau.
Tout cela c’est de la physique et explique pourquoi l’énergie nucléaire est renouvelable.
L’électricité nucléaire
La vapeur produite avec la fission fait tourner une turbine connecté à un alternateur. Comme celui de votre voiture.
Pour cela la vapeur doit être sous pression pour faire tourner la turbine.
Quand la turbine tourne elle entraîne un alternateur qui produit l’électricité.
Dans les centrales nucléaires se sont donc les alternateurs qui produisent le courant électrique alternatif.
Comme votre dynamo sur votre vélo.
Pour amener l’électricité chez vous, il faut juste un transformateur pour élever la tension du courant électrique produit.
Cela permet de transporter l’électricité dans des lignes à très haute tension pour fournir les consommateurs d’électricité.
Article : P. du Chélas
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