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Centrale nucléaire
Centrale nucléaire de Golfech (Tarn-et-Garonne)
Centrale nucléaire de Golfech (Tarn-et-Garonne)

Une centrale nucléaire est une centrale électrique, utilisant la fission nucléaire de matières fissiles pour produire de la chaleur dont une partie est transformée en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité...). C'est actuellement la principale mise en œuvre civile de l'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :).

Une centrale nucléaire (Une centrale nucléaire est un site industriel qui utilise la fission de noyaux atomiques pour produire de la chaleur, dont une partie est transformée en électricité (entre...) est constituée d'un ou plusieurs réacteurs nucléaires (jusqu'à 7), dont la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) électrique varie de 40 MW à plus de 1450 MW. Le futur réacteur (Un réacteur peut désigner :) EPR aura une puissance de 1600 MW. En 2006, 442 réacteurs fonctionnent dans 31 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus...) différents dans le monde (Le mot monde peut désigner :), soit un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est pas forcément obtenu...) de 370 GW produisant environ 17% de l'électricité mondiale (voir la liste des réacteurs nucléaires).

Histoire

Le 27 juin 1954, la première centrale nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) civile fut connectée au réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité d'une...) électrique à Obninsk en URSS, avec une puissance de production d'électricité de 5 Mégawatts. Les centrales nucléaires suivantes furent Marcoule (Créé en 1956, le site nucléaire de Marcoule s'étend sur les communes de Chusclan et Codolet, proches de Bagnols-sur-Cèze, dans le Gard. Ce site industriel, situé en...) en Provence le 7 janvier 1956, Sellafield (Le site de Sellafield est le principal complexe de la filière électronucléaire britannique. Initialement nommé Windscale, il a été rebaptisé Sellafield à la...) au Royaume-Uni, connectée au réseau en 1956, et le réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est initiée, modérée et contrôlée par l'humain — ou par la nature, comme dans le seul cas connu du Réacteur...) de Shippingport aux États-Unis, connecté en 1957. Cette même année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), les travaux de construction du premier réacteur à usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) civil en France (EDF1) démarrèrent à la centrale nucléaire de Chinon.

La puissance nucléaire mondiale a augmenté rapidement, s'élevant de plus de 1 gigawatt (GW) en 1960 jusqu'à 100 GW à la fin des années 1970, et 300 GW à la fin des années 1980. Depuis, la capacité mondiale a augmenté beaucoup plus lentement, atteignant 366 GW en 2005, en raison du programme nucléaire chinois. Entre 1970 et 1990 étaient construits plus de 5 GW par an (avec un pic de 33 GW en 1984). Plus des deux tiers des centrales nucléaires commandées après janvier 1970 ont été annulées.

Les coûts économiques croissants, dus aux durées de construction de plus en plus longues, et le faible coût des combustibles fossiles, ont rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la...) le nucléaire moins compétitif dans les années 1980 et 1990. Par ailleurs, dans certains pays, l'opinion publique, inquiète des risques d'accidents nucléaires et du problème des déchets radioactifs, a conduit à renoncer à l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) nucléaire.

Description

Une centrale nucléaire regroupe l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) des installations permettant la production d'électricité sur un site donné. Elle comprend fréquemment plusieurs tranches, identiques ou non ; chaque tranche correspond à un groupe d'installations conçues pour fournir une puissance électrique donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...) (par exemple 900 MWe, 1300 MWe ou 1450 MWe). En France, une tranche comprend généralement :

  • le bâtiment réacteur, enceinte étanche qui contient principalement le réacteur nucléaire, les générateurs de vapeur () (trois ou quatre selon la génération), un pressuriseur, une partie du circuit d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) secondaire et le circuit d'eau primaire, dont le rôle principal est d'assurer le transfert thermique (Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transit d'énergie sous forme microscopie désordonnée.) entre le cœur du réacteur et les générateurs de vapeur ;
  • le bâtiment salle des machines, qui contient principalement :
    • une ligne d'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un tronc qui peut...) comprenant les différents étages de la turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen...) à vapeur et l'alternateur,
    • le condenseur,
  • des bâtiments annexes qui contiennent notamment des installation diverses de circuits auxiliaires nécessaires au fonctionnement du réacteur nucléaire et à la maintenance, les tableaux électriques alimentants tous les auxiliaires et générateurs diesel de secours ;
  • un aéroréfrigérant atmosphérique, ou simplement une station de pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il s'agit d'une instabilité aérodynamique qui donne naissance...) pour les tranches dont le refroidissement utilise l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) ou de rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou...).

Les autres installations de la centrale électrique (Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel qui produit de l'électricité en grande quantité.) comprennent :

  • un ou plusieurs postes électriques permettant la connexion au réseau électrique par l'intermédiaire d'une ou plusieurs lignes à haute tension (La tension est une force d'extension.), ainsi qu'une interconnexion limitée entre tranches ;
  • un bâtiment administratif.

Fonctionnement technique

réacteur à eau bouillante: barre d'arrêt d'urgence  barre de contrôle assemblage combustible protection biologique sortie de vapeur entrée de l'eau protection thermique
réacteur à eau bouillante:
  1. barre d'arrêt d'urgence
  2. barre de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.)
  3. assemblage combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.)
  4. protection biologique
  5. sortie de vapeur
  6. entrée de l'eau
  7. protection thermique (La protection thermique, dans le domaine de l'astronautique, est l'ensemble des dispositifs utilisés pour éviter qu'un corps soit soumis à des variations excessives de températures. La...)

Dans une tranche nucléaire, le réacteur nucléaire est en amont d'une installation thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...) qui produit de la vapeur transformée en énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle...) au moyen d'une turbine à vapeur ; l'alternateur utilise ensuite cette énergie mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet...) pour produire de l'électricité.

La différence essentielle entre une centrale nucléaire et une centrale thermique classique est matérialisée par le remplacement d'un ensemble de chaudières consommant des combustibles fossiles par un réacteur nucléaire.

Pour récupérer de l'énergie mécanique à partir de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !), il est nécessaire de disposer d'une source chaude et d'une source froide.

  • pour un réacteur de type REP (Réacteur à Eau sous Pression), la source chaude est fournie par l'eau du circuit primaire, à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) de 306 °C (286 °C en entrée et 323 °C en sortie, température de sortie variant selon la puissance de la tranche) ;
  • la source froide est fournie par l'eau d'un fleuve ou de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), ou bien de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) ambiant par évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé vaporisation.) dans des tours aéroréfrigérantes.

Ainsi, une tranche nucléaire de type REP comporte trois circuits d'eau importants indépendants :

  • le circuit primaire qui se situe dans une enceinte de confinement.

Il est constitué, suivant le type de tranche, de 3 ou 4 générateurs de vapeur associés respectivement à une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) (par GV), un pressuriseur assurant le maintien de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) du circuit (155 bar) puis d'un réacteur intégrant des grappes de contrôle et le combustible. Il véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.), en circuit fermé, de l'eau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) qui extrait les calories du combustible pour les transporter aux générateurs de vapeur (rôle de caloporteur). L'eau du circuit primaire a aussi comme utilité la modération des neutrons (rôle de modérateur) issus de la fission nucléaire (La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est divisé...). La thermalisation des neutrons les ralentis pour interagir avec les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) d'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou l'arsenic, quatre fois moins abondant...) 235 et déclencher la fission de leur noyau. Par ailleurs, l'eau procure un effet stabilisateur au réacteur: si la réaction s'emballait, la température du combustible et de l'eau augmenterait. Celà provoquerait d'une part, une absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre...) des neutrons par le combustible (effet combustible) et d'autre par une modération moindre de l'eau (effet modérateur). Le cumul de ces deux effets est dit "effet puissance": l'augmentation de ce terme provoque l'étouffement de la réaction d'elle-même, c'est un effet auto-stabilisant.

  • le circuit d'eau secondaire est un circuit fermé, qui se décompose en deux parties :
    • entre le condenseur et les générateurs de vapeur, l'eau reste sous forme liquide : c'est l'alimentation des générateurs de vapeur ; des pompes permettent d'élever la pression de cette eau, et des échangeurs de chaleur en élèvent la température (60 bar et 220°C).
    • cette eau se vaporise dans 3 ou 4 générateurs de vapeur (suivant le type de tranche; 900 ou 1300 / 1450 MW) et les tuyauteries de vapeur alimentent successivement les étages de la turbine disposés sur une même ligne d'arbre. La vapeur acquiert une grande vitesse (On distingue :) lors de sa détente permettant ainsi d'entraîner les roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) à aubages de la turbine.

Celle-ci est composée de plusieurs étages séparés et comportant chacun de nombreuses roues de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) différent. D'abord, la vapeur subit une première détente dans un corps haute pression (HP; de 55 à 11 bar) puis, elle est récupérée, séchée et surchauffée pour subir une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...) détente dans les corps basse pression, (BP; de 11 à 0.05 bar). On utilise les corps BP dans le but d'augmenter le rendement du cycle thermo-hydraulique.
La sortie du dernier étage de la turbine donne directement sur le condenseur, un échangeur de chaleur dont la pression est maintenue aux environs de 50 mbar absolu (vide) par des pompes à vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). L'eau condensée dans cet appareil est réutilisée pour réalimenter des générateurs de vapeur.

  • Le circuit de refroidissement assure le refroidissement du condenseur. L'eau est refroidie par un courant d'air dans une tour aéroréfrigérante d'où une petite partie (1,5 %) de l'eau s'échappe en vapeur en forme de panache blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue...). L'eau de refroidissement peut aussi être échangée directement avec un fleuve ou la mer.

L'énergie mécanique produite par la turbine sert à entraîner l'alternateur qui la convertit en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la quantité...), celle-ci étant évacuée par le réseau électrique.

Lorsque la tranche nucléaire débite de la puissance électrique sur le réseau, on dit qu'elle est "couplée" au réseau. La déconnexion intempestive de l'alternateur au réseau (ce qu'on appelle un "déclenchement"), nécessite une réduction immédiate de l'alimentation en vapeur de la turbine par des vannes de réglage disposées sur les tuyauteries de vapeur, faute de quoi, sa vitesse de rotation augmenterait jusqu'à sa destruction, en raison de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) centrifuge excessive s'exerçant alors sur les aubages. Néanmoins, dans ce cas-ci, la tranche reste en service à faible puissance: la turbine est en rotation et reste prête au recouplage immédiat sur le réseau (la tranche est alors "ilotée" : elle alimente elle même ses auxiliaires).

Les différents types de centrales

  • centrale à réacteur à eau bouillante, modéré au graphite de conception soviétique (RBMK)
  • centrale à réacteur à eau pressurisée de conception soviétique (WWER)
  • centrale à réacteur à uranium naturel, modéré par du graphite, refroidi par du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2.) (filière uranium naturel graphite gaz) ; dont le premier réacteur à usage civil en France (EDF1). Cette filière (Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat: la filière...) fut abandonnée pour la filière REP pour des raisons économiques. Ces types de centrales sont actuellement tous à l'arrêt ;
  • centrale à réacteur utilisant de l'uranium naturel modéré par de l'eau lourde (L'eau lourde est de l’oxyde de deutérium (formule : D2O ou 2H2O). Chimiquement, elle est identique à l’eau normale (H2O), mais les atomes d’hydrogène dont elle est composée en sont des isotopes lourds, du deutérium, dont le...) (filière canadienne CANDU) ;
  • centrale à réacteur à eau pressurisée (REP) (PWR en anglais) ; ce type de réacteur utilise de l'oxyde d'uranium enrichi comme combustible, et est modéré et refroidi par de l'eau ordinaire sous pression. Les REP constituent l'essentiel du parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été tracées des allées et chemins destinés à la chasse, à la...) actuel : 60 % dans le monde et 80 % en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme...). La France a opté pour ce type de réacteur, alors sous licence Westinghouse, en 1969 ;
  • centrale à réacteur à eau lourde pressurisée (PHWR)
  • centrale à réacteur avancé au gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a...) (AGR)
  • centrale à réacteur à eau bouillante (REB) (BWR en anglais) ; ce type de réacteur est assez semblable à un réacteur à eau pressurisée, à la différence importante que l'eau primaire se vaporise dans le cœur du réacteur, ceci en fonctionnement normal ;
  • centrale à Réacteur nucléaire à neutrons rapides et à caloporteur sodium, comme Superphénix (Superphénix est le nom du réacteur nucléaire de l'ex-centrale nucléaire de Creys-Malville sur la commune de Creys-Mépieu, dans l'Isère. Superphénix est un prototype français de réacteur à neutrons rapides et à caloporteur sodium faisant suite...).
  • ...

Centrales nucléaires en projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...)

Les centrales nucléaires dans le monde
Les centrales nucléaires dans le monde
  • EDF doit, en France, implanter une centrale nucléaire de type EPR (European Pressurised water Reactor) sur le site de Flamanville, dans la Manche, d'une puissance prévue de 1600 MW.
  • L'entreprise russe Sevmash a procédé le 14 juin 2006 à la construction de la 1ère Centrale Nucléaire Flottante (PATES / ?????) au monde. Le projet, issu des technologies militaires employées dans les sous-marins nucléaires, doterait les villes du Grand Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de sources d'énergie plus économiques que les énergies fossiles.

Débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées,...) politique sur l'énergie nucléaire

L'énergie nucléaire est un sujet de débat politique. 17% de l'électricité dans le monde est produite par la filière nucléaire, la proportion variant largement d'un pays à l'autre.

Gestion des déchets

Les déchets radioactifs proviennent de différentes étapes du cycle du combustible nucléaire. 10% de ces déchets environ sont des éléments de forte activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) radiologique ou de longue demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique...) (lien) (lien).

Démantèlement

Après l'arrêt définitif de l'exploitation, une centrale nucléaire est entièrement démantelée, y compris les réacteurs nucléaires.

Les matériels et équipements des réacteurs nucléaires sont dimensionnés pour une certaine durée de vie (La vie est le nom donné :). Alors que certains sont remplacés pendant les arrêts périodiques du réacteur (ex: générateur de vapeur), d'autres restent dans le réacteur. Lors du démantèlement, tous les équipements sont démontés et envoyés si nécessaire dans des centres de stockage de déchets radioactifs.

Le démantèlement d'un réacteur se fait en 3 étapes :

  • L'étape de mise à l'arrêt définitif (MAD) : déchargement du combustible du cœur du réacteur et son entreposage pendant 2 ans en piscine de "décroissance" du bâtiment combustible.
  • L'étape de démantèlement partiel : déconstruction de tous les bâtiments en dehors du bâtiment abritant le réacteur.
  • Le démantèlement total : démantèlement du bâtiment réacteur.

Actuellement, la durée du démantèlement d'une centrale nucléaire est estimée à 40 ans entre l'arrêt du réacteur et la remise du site à l'état initial.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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