Le fonctionnement d’une centrale nucléaire
Installations majeures dans le paysage énergétique français, les centrales nucléaires produisent près de 70% de l’électricité en France. Seulement, comment fonctionnent-elles, quels sont leurs rôles et leurs spécificités ? Retrouvez un décryptage de ces installations indispensables à la souveraineté énergétique de l’Europe et dans la lutte contre le réchauffement climatique.
Le fonctionnement d'une centrale nucléaire en 4 étapes clés
Pour produire de l’électricité, les centrales nucléaires fonctionnent en exploitant le phénomène de fission nucléaire à partir de l'énergie libérée lors de la division d'atomes lourds, tel que l'uranium 235. Ce processus se produit lorsqu’un neutron frappant un atome, provoque sa scission et enclenche une réaction en chaîne par la libération de neutrons supplémentaires. Cette multiplication d’atomes génère une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur. Une fois refroidie, cette chaleur crée de la vapeur d’eau, qui fait tourner les turbines connectées à des alternateurs fournissant ainsi de l’électricité !
Plus en détails, le fonctionnement de la centrale nucléaire suit 4 étapes :
- Le circuit primaire : au cœur du réacteur, de petites pastilles d'uranium enrichi sont placées dans des tubes métalliques appelés crayons. Ces tubes sont immergés dans une cuve d'eau, formant ainsi le circuit primaire. Sous l’effet de la fission des atomes d’uranium, l'eau dans ce circuit chauffe et atteint 320°C. L’eau est maintenue sous pression pour rester à l'état liquide.
- Le circuit secondaire : l'eau chaude du circuit primaire est utilisée pour chauffer l'eau du circuit secondaire via un générateur de vapeur. La vapeur ainsi produite actionne des turbines à vapeur, qui à leur tour font tourner un alternateur pour produire de l'électricité.
- L’élévation de la tension : le courant électrique produit est ensuite élevé en tension grâce à un transformateur, atteignant des niveaux de 225 000 à 400 000 volts. Cela permet de transporter l'électricité plus efficacement dans le réseau électrique.
- Le circuit de refroidissement : la vapeur du circuit secondaire est refroidie pour être transformée à nouveau en eau. Cela se fait grâce à un condenseur, qui peut être alimenté soit par de l'eau froide prélevée dans la mer ou un fleuve, soit par de l'air refroidi dans des tours d'aéroréfrigérant.
Les 3
circuits d’eau (primaire, secondaire et de refroidissement) sont parfaitement
étanches et dissociés les uns des autres.
2 minutes pour comprendre les étapes de fonctionnement d’une centrale nucléaire
Une centrale nucléaire se décompose autour de 4 entités :
- Le bâtiment renfermant le réacteur, où se déroule la réaction de fission nucléaire (2 à 6 réacteurs par centrale en France).
- La salle des machines, où l'électricité est générée à partir de cette réaction.
- Les lignes électriques de sortie qui assurent le transport et l'évacuation de l'électricité produite.
- Des tours de refroidissement situées uniquement en bord de rivière pour le refroidissement du système.
Immersion au cœur d’une centrale nucléaire
Les 5 grands types de réacteurs nucléaires et leurs spécificités
Même si les centrales s’alimentent toujours de combustible nucléaire pour produire de l’électricité, elles peuvent avoir différentes spécificités et avantages en fonction de leurs conceptions. Voici un aperçu des principaux types de réacteurs et de leurs caractéristiques notamment selon la nature du combustible utilisé.
1. Réacteurs à Eau Pressurisée (REP)
Les 56 réacteurs en activité en France sont des REP et ils représentent plus de 80% du parc nucléaire en fonctionnement dans le monde. Ces réacteurs présentent comme caractéristiques :
- Sûreté éprouvée : les REP sont largement utilisés dans le monde en raison de leur excellent historique de sûreté.
- Efficacité du système de refroidissement: ils utilisent de l'eau pressurisée pour refroidir le réacteur, ce qui contribue à maintenir la stabilité thermique.
L’EPR, une nouvelle génération
L'EPR, ou « European Pressurized Reactor », est un réacteur nucléaire de 3e génération. Sa puissance nette atteint près de 1 660 MW, ce qui le rend plus efficace que les réacteurs précédents.
L'EPR incarne une évolution majeure dans la technologie des réacteurs nucléaires, visant à améliorer l'efficacité, la réduction des déchets, la sûreté, et la durabilité de la production d'électricité nucléaire.
Les caractéristiques principales de l'EPR incluent :
- Une réduction de 15 à 30 % par kWh des déchets radioactifs grâce à une fission plus complète de l'uranium
- Une sûreté renforcée (les probabilités d'accident grave ont été réduites d'un facteur 10 par rapport aux réacteurs précédents)
- Une double enceinte protectrice
- Une durée de vie prolongée de 60 ans pour les éléments non remplaçables, comparé aux 40 ans des réacteurs actuels.
- L’utilisation de 100% de combustible Mox recyclé pour produire de l'électricité.
2. Réacteurs à Eau Bouillante (REB)
Les réacteurs à eau bouillante sont moins nombreux en France et représentent 22 % des réacteurs installés dans le monde. Mais ils ont également leurs propres spécificités :
- Moins de circuit secondaire : contrairement aux REP, les REB n'ont pas de circuit secondaire de refroidissement. La vapeur produite dans le réacteur est directement acheminée vers les turbines, ce qui simplifie le système.
- Plus grande économie : Les REB sont plus efficaces dans l'utilisation de l'eau, ce qui peut être avantageux dans certaines régions où l'eau est moins abondante.
3. Réacteurs à eau lourde
L'eau lourde est à la fois le caloporteur (substance de transfert de chaleur) sous pression et le modérateur. Elle est constituée de molécules d'eau contenant de l'hydrogène deutérium, un isotope lourd. L'uranium naturel est utilisé comme combustible.
4. Réacteurs à Neutrons Rapides (RNR)
En France, il existe également des réacteurs à neutrons rapides, tels que le réacteur Phénix à Marcoule. Ils fonctionnent différemment des REP et REB :
- Cycle de combustible fermé : les réacteurs à neutrons rapides sont capables de brûler du plutonium et d'autres matières fissiles, ce qui réduit la quantité de déchets radioactifs à longue durée de vie.
- Production de plutonium : ils peuvent être utilisés pour produire du plutonium à des fins de retraitement.
5. Réacteur Caloporteur Gaz (RCG)
Dans ce cas, l'hélium permet de transporter la chaleur et peut être porté à haute température pour alimenter directement la turbine sans étape intermédiaire.
Les RCG peuvent être utilisés pour des centrales de petite taille (de 100 à 300 MW) et peuvent également fonctionner avec des neutrons rapides.
De nouvelles technologies de réacteurs à l’étude
La France explore le développement de réacteurs de nouvelle génération, tels que les SMR (Small Modular Reactor), le réacteur à sels fondus (MSR) et le réacteur à haute température (HTR). Ces réacteurs se caractérisent par :
- Sûreté améliorée : les technologies émergentes visent à rendre les réacteurs être encore plus sûrs et plus résistants aux accidents nucléaires.
- Meilleure utilisation des ressources : certains de ces réacteurs peuvent utiliser des combustibles plus efficacement, réduisant ainsi la quantité de déchets radioactifs.
VRAI OU FAKE ? La fumée des centrales, ça pollue !
Elle est inoffensive pour l’homme et pour l'environnement. Les centrales nucléaires n’émettent dans l’atmosphère ni particules fines, ni dioxyde d'azote, ni dioxyde de soufre.
Le nucléaire en France : avantages et défis pour l'avenir énergétique
L'énergie nucléaire en France est au cœur des débats et des décisions politiques. Dans un discours prononcé à Belfort en février 2022, le président Emmanuel Macron a exprimé la nécessité de développer à la fois les énergies renouvelables et le nucléaire pour répondre aux besoins électriques croissants.
Avec 56 réacteurs nucléaires en activité, la France détient le record en Europe et produit actuellement 2/3 de son électricité grâce à l'énergie nucléaire.
La puissance du nucléaire réside dans sa capacité à générer une énergie bas carbone, pilotable et continue. Elle ne génère que 12 grammes de CO2 par kilowattheure, comparés à 820 grammes pour les centrales à charbon ! Cette empreinte carbone favorable à la planète est essentielle pour atteindre les objectifs climatiques et réduire les émissions de gaz à effet de serre.
