Une centrale nucléaire est un site industriel qui produit de l’électricité à partir de l’énergie nucléaire, libérée sous forme d’énergie thermique par une réaction en chaîne de fission nucléaire à l’intérieur de la cuve d’un réacteur nucléaire.
Le principal composant d’une centrale nucléaire est le réacteur nucléaire, qui contient le combustible nucléaire (généralement de l’uranium) et dispose de systèmes permettant de démarrer, d’entretenir et d’arrêter la réaction nucléaire de manière contrôlée.
Le fonctionnement d’une centrale nucléaire est similaire à celui d’une centrale thermique classique, où l’énergie thermique est obtenue par la combustion de combustibles fossiles. Dans un réacteur nucléaire, cependant, cette énergie est obtenue par les réactions en chaîne de fission nucléaire des atomes d’uranium du combustible nucléaire.
L’énergie thermique libérée est utilisée pour chauffer l’eau à haute pression et à haute température jusqu’à ce qu’elle devienne de la vapeur. Cette vapeur fait tourner une turbine reliée à un générateur qui transforme l’énergie mécanique de la rotation de la turbine en énergie électrique.
De quoi est composée une centrale nucléaire?
Pressuriseur
Un composant du circuit de refroidissement primaire. Il équilibre l’étage liquide et l’étage vapeur à des conditions de saturation afin d’en contrôler la pression.
Cuve du réacteur
Cuve en acier qui abrite le réacteur nucléaire, principal composant de la centrale nucléaire, où se produit la réaction en chaîne de la fission nucléaire. Le noyau est composé des éléments combustibles.
Combustible
Matière dans laquelle se produisent les réactions de fission. Il s’agit généralement de dioxyde d’uranium enrichi. Il est utilisé simultanément comme source d’énergie et de neutrons afin d’entretenir la réaction en chaîne. Il se présente à l’état solide sous la forme de pilules cylindriques encapsulées, à l’intérieur de barres métalliques d’environ 4 mètres de long.
Barres de contrôle
Ce sont les éléments de contrôle du réacteur, qui servent d’absorbeurs de neutrons. Ce sont des barres en indium-cadmium ou en carbure de bore qui permettent de contrôler en permanence la population de neutrons et la réactivité du réacteur. Il est ainsi critique pendant son fonctionnement et sous-critique pendant les arrêts.
Générateurs de vapeur
Échangeurs de chaleur où l’eau de refroidissement du circuit primaire, qui circule à l’intérieur des tubes en forme de U inversé, donne toute son énergie au circuit secondaire et devient de la vapeur d’eau.
Enceinte de confinement
Elle abrite le système de refroidissement du réacteur ainsi que plusieurs systèmes auxiliaires. Elle joue le rôle de blindage en fonctionnement normal et empêche les fuites de produits polluants vers l’extérieur. Sa responsabilité fonctionnelle, avec les autres éléments de sauvegarde, est d’éviter le rejet des éléments de fission dans l’atmosphère en cas d’accident.
Turbine
C’est ici que la vapeur d’eau provenant des générateurs de vapeur est recueillie, et que les aubes transforment son énergie en énergie mécanique de rotation. Il existe plusieurs sections pour l’expansion de la vapeur. L’axe est solidement fixé à l’axe de l’alternateur.
Alternateur
Système qui produit de l’électricité en convertissant l’énergie de rotation mécanique de la turbine en énergie électrique de moyenne puissance et de haute intensité.
Transformateur
Système qui augmente la tension de l’électricité produite dans l’alternateur pour minimiser les pertes lors de son transport vers les points de consommation.
Eau de refroidissement
Eau prélevée dans une rivière, un réservoir ou la mer et utilisée pour liquéfier la vapeur d’eau dans le condenseur. Elle peut être renvoyée à sa source (cycle ouvert) ou réutilisée dans la tour de refroidissement (circuit fermé).
Tour de refroidissement
Site qui permet d’envoyer à l’atmosphère une partie de la chaleur résiduelle produite lors de la production d’électricité ; l’atmosphère joue le rôle de foyer froid. Elle est utilisée pour refroidir l’eau qui circule dans le condenseur et fait partie du circuit auxiliaire de refroidissement de l’installation.
Condenseur
Échangeur de chaleur composé d’un ensemble de tubes, à l’intérieur duquel circule l’eau de refroidissement. La vapeur d’eau qui entre dans le condenseur en provenance de la turbine est ensuite liquéfiée. Cette transformation produit un vide qui améliore le fonctionnement de la turbine.
Comment fonctionne un réacteur nucléaire
Il existe différents types de réacteurs nucléaires, mais deux modèles remarquables sont présents dans plus de 80 % des quelque 450 unités en service dans le monde :
- Réacteur à eau pressurisée (PWR)
- Réacteur à eau bouillante (REB)
Il est important de garder à l’esprit que dans la fission nucléaire, les noyaux des atomes lourds sont bombardés par des neutrons et se décomposent ensuite en noyaux plus petits et plus légers. Lorsque cela se produit, ils libèrent l’énergie qui lie les neutrons et les protons qui les composent, puis ils émettent deux ou trois neutrons.
Ceux-ci peuvent produire d’autres fissions en interagissant avec de nouveaux noyaux lourds, qui émettront alors de nouveaux neutrons et ainsi de suite, de sorte que la réaction s’auto-entretient. Cet effet multiplicateur est connu sous le nom de réaction en chaîne de la fission nucléaire.
Le fonctionnement d’une centrale nucléaire peut être simplifié en cinq étapes :
- La fission de l’uranium a lieu à l’intérieur du réacteur nucléaire. Elle libère une grande quantité d’énergie qui chauffe l’eau de refroidissement circulant à très haute pression. Cette eau est transportée via le circuit primaire vers un échangeur de chaleur (générateur de vapeur) qui produit de la vapeur d’eau.
- Cette vapeur est transportée vers le groupe générateur-turbine via un circuit secondaire.
- Là, les aubes de la turbine font bouger l’alternateur et l’énergie mécanique est transformée en électricité.
- Lorsque la vapeur d’eau passe par la turbine, elle est envoyée dans un condenseur pour se refroidir et redevenir de l’eau liquide.
- L’eau est ensuite transportée vers le nouveau générateur de vapeur pour redevenir de la vapeur dans un circuit fermé.
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