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Le fonctionnement d’une centrale nucléaire
Une centrale nucléaire chauffe de l’eau grâce à la fission de l’uranium ; la vapeur fait tourner une turbine reliée à un alternateur. Le panache des tours n’est que de la vapeur d’eau.
Mis à jour le 4 min de lecture
Une centrale nucléaire est une centrale thermique : comme une centrale au charbon ou au gaz, elle produit de la chaleur pour faire de la vapeur, puis de l’électricité. Seule la source de chaleur change. En France, tous les réacteurs en service sont des réacteurs à eau pressurisée (REP), le type le plus répandu dans le monde.
Les trois circuits d’un réacteur à eau pressurisée
| Circuit | Rôle | Caractéristiques |
|---|---|---|
| primaire | extraire la chaleur du cœur du réacteur | eau à environ 300 °C et 155 bars, qui ne bout pas grâce à la pression ; fermé et confiné |
| secondaire | produire la vapeur qui entraîne la turbine | l’eau, chauffée par le primaire sans contact avec lui, se vaporise |
| de refroidissement | condenser la vapeur après la turbine | eau de rivière ou de mer, souvent avec tours aéroréfrigérantes |
Les trois circuits sont indépendants : l’eau du circuit primaire, au contact du combustible, ne se mélange jamais avec les autres. C’est une barrière essentielle de sûreté.
Les étapes de la production
- Le cœur : des pastilles d’oxyde d’uranium, empilées dans des tubes métalliques (crayons) regroupés en assemblages, sont le siège de la fission en chaîne (voir fission et fusion nucléaire).
- Le pilotage : des barres de commande absorbant les neutrons, et du bore dissous dans l’eau, règlent la puissance ; en cas d’urgence, les barres tombent dans le cœur et l’arrêtent en quelques secondes.
- Le générateur de vapeur : l’eau du circuit primaire circule dans des milliers de tubes et chauffe l’eau du circuit secondaire, qui se vaporise.
- La turbine : la vapeur fait tourner la turbine, reliée à un alternateur qui produit l’électricité (voir production d’électricité).
- Le condenseur : la vapeur est refroidie et redevient liquide, puis retourne au générateur de vapeur.
- Le transformateur élève la tension pour l’envoyer sur le réseau électrique.
Les tours de refroidissement
Les grandes tours en forme de cheminée ne sont pas des cheminées. Ce sont des tours aéroréfrigérantes : l’eau chaude du circuit de refroidissement y ruisselle, une partie s’évapore et refroidit le reste. Le panache blanc est de la vapeur d’eau condensée, comme un nuage. Les centrales situées en bord de mer ou au bord de grands fleuves s’en passent souvent. En été, quand les rivières sont chaudes ou basses, la puissance peut être réduite pour respecter les limites de température des rejets.
Les barrières de sûreté
Trois barrières séparent le combustible de l’environnement :
- la gaine métallique des crayons de combustible ;
- l'enveloppe du circuit primaire, dont la cuve en acier d’environ 20 cm d’épaisseur ;
- l'enceinte de confinement, bâtiment en béton d’environ un mètre d’épaisseur, double sur les réacteurs les plus récents.
Même à l’arrêt, le combustible continue de dégager de la chaleur (puissance résiduelle) : il doit être refroidi en permanence. C’est la perte de ce refroidissement qui a provoqué l’accident de Fukushima en 2011.
Le combustible
- L’uranium est enrichi à 3 à 5 % en uranium 235.
- Un assemblage reste environ trois à cinq ans dans le cœur ; un tiers ou un quart du cœur est renouvelé lors de chaque arrêt programmé.
- Le combustible usé, très radioactif et chaud, refroidit d’abord quelques années en piscine, puis est envoyé à l’usine de retraitement de La Hague (Manche).
Le parc nucléaire français
| Palier | Puissance par réacteur | Nombre de réacteurs |
|---|---|---|
| 900 MW | environ 900 MW | 32 |
| 1 300 MW | environ 1 300 MW | 20 |
| N4 | environ 1 450 MW | 4 |
| EPR (Flamanville 3) | environ 1 650 MW | 1 |
Soit 57 réacteurs sur 18 sites, pour une puissance d’environ 63 GW, tous exploités par EDF. Les deux réacteurs de Fessenheim ont été arrêtés en 2020. La construction de six nouveaux réacteurs EPR2 a été annoncée en 2022, à Penly, Gravelines et au Bugey.
Questions fréquentes
Une centrale nucléaire rejette-t-elle de la fumée ?
Non. Le panache blanc des tours aéroréfrigérantes est de la vapeur d’eau issue du circuit de refroidissement, qui n’est jamais en contact avec le combustible.
Combien de temps fonctionne une centrale nucléaire ?
Les réacteurs français ont été conçus pour au moins 40 ans. Leur prolongation au-delà, jusqu’à 50 ou 60 ans, est examinée réacteur par réacteur par l’autorité de sûreté lors des visites décennales.
Quelle quantité d’électricité produit un réacteur ?
Un réacteur de 1 300 MW produit en général 8 à 10 TWh par an, compte tenu des arrêts pour maintenance et rechargement, de quoi alimenter plus d’un million et demi de foyers.