1) Définition / fonctionnement

 Une centrale nucléaire est une usine de production d’électricité. Pour en fabriquer, elle utilise la chaleur libérée par l’uranium ou le plutonium, ce qui constitue le « combustible nucléaire ».

L’objectif est de faire chauffer de l’eau afin d’obtenir de la vapeur. La pression de la vapeur permet de faire tourner à grande vitesse une turbine, ce qui entraîne un alternateur produisant de l’électricité.

Ce principe de fonctionnement est le même que celui qui est utilisé dans les centrales thermiques classiques fonctionnant avec du charbon, du pétrole ou du gaz. La seule différence est que le combustible utilisé comme source de chaleur est constitué  d’uranium.

 Le principe de production de l’électricité dans une centrale nucléaire peut donc être schématisé comme suit :

 

Schéma de fonctionnement d’un Réacteur à Eau sous Pression (REP)reacteur-eau-pressurisee-5.gif

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Circuit primaire : pour extraire la chaleur :

 L’uranium est conditionné sous forme de petites pastilles qui sont amplifiées dans des gaines métalliques étanches, réunies en assemblages. Ces assemblages, placés dans des cuves remplies d’eau, forment le cœur du réacteur. Ils est le siège de la réaction en chaîne. Il est porté à haute température. A leur contact, la cuve s’échauffe jusqu’à plus de 300°c. L’eau étant maintenue sous pression, 155 bars, elle ne peut pas bouillir et circule dans un circuit appelé circuit primaire

 

Circuit secondaire : pour produire la vapeur

L’eau du circuit primaire transmet sa chaleur à l’eau circulant dans un autre circuit fermé : le circuit secondaire. Cet échange de chaleur s’effectue par l’intermédiaire d’un générateur de vapeur. Au contact des tubes parcourus par l’eau du circuit primaire, l’eau du circuit secondaire s’échauffe à son tour et se transforme en vapeur. Cette vapeur fait tourner une turbine, ce qui entraîne un alternateur produisant de l’électricité. Après être passée dans la turbine, la vapeur est refroidie et retransformée en eau pour être renvoyée vers le générateur de vapeur pour un nouveau cycle. Ce processus est appelé réaction en chaîne.

 

Circuit de refroidissement : pour condenser la vapeur et évacuer la chaleur 

 

Pour que le système fonctionne, il faut assurer son refroidissement. C’est ce que fait un troisième circuit indépendant des deux autres : le circuit de refroidissement. Sa fonction est de condenser la vapeur sortant de la turbine. Pour cela, un condenseur est aménagé.

Condenseur : Appareil formé de milliers de tubes dans lesquels circule de l’eau froide prélevée à une source extérieure : rivière ou mer.

 Au contact de ces tubes, la vapeur se condense pour se transformer en eau. Quant à l’eau du condenseur, elle est rejetée, légèrement échauffée à la source d’où elle provient. Si le débit de la rivière est trop faible, ou si l’on veut limiter son échauffement, on utilise des tours de refroidissement, ou aéroréfrigérants. L’eau échauffée provenant du condenseur, répartie à la base de la tour, est refroidie par le courant d’air qui monte dans la tour. L’essentiel de cette eau retourne vers le condenseur, une petite partie s’évapore dans l’atmosphère, ce qui provoque ces panaches blancs caractéristiques des centrales nucléaires.

 

 

Panache blanc

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  La fusion et la fission du nucléaire

 La fusion nucléaire est un processus où deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd. La fusion de noyaux légers dégage d’énormes quantités d’énergie provenant de l’attraction entre les nucléons.

Elle est avec la fission, l’une des deux principales sortes de réactions nucléaires appliquées. Un de ses intérêts est de pouvoir produire théoriquement, à masse de "combustible" égale, beaucoup plus d’énergie, de 3 à 4 fois plus, que la fission.

De plus, les océans contiennent naturellement suffisamment de deutérium, 33g/m3, pour permettre d’alimenter en énergie la planète pendant quelques centaines de millions d'années, (1 m3 d'eau peut potentiellement fournir autant d'énergie que la combustion de 700 tonnes de pétrole).

En dépit de travaux de recherche réalisés dans le monde entier depuis les années 1950, aucune application industrielle de la fusion à la production d’énergie n’a encore abouti, en dehors du domaine militaire avec la bombe nucléaire, étant donné que cette application ne vise aucunement à contenir et maîtriser la réaction produite. Il en existe cependant quelques autres usages moins médiatisés.

Contrairement à la fission nucléaire, les produits de la fusion eux-mêmes (principalement de l’hélium 4) ne sont pas radioactifs, mais lorsque la réaction utilisée émet des neutrons rapides, ces derniers peuvent transformer les noyaux qui les capturent en isotopes pouvant l’être.

Il ne faut pas confondre la fusion nucléaire avec la fusion du cœur d’un réacteur nucléaire, qui est un accident nucléaire particulièrement redoutable.

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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 en plusieurs nucléides plus légers, généralement deux nucléides. Cette réaction nucléaire se traduit aussi par l'émission de neutrons et un dégagement d'énergie très important. 

Le deutérium :  isotope naturel de l’hydrogène.

Un nucléide:  type de noyau atomique caractérisé par le nombre de protons et de neutrons qu'il contient.

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