Espace nucléaire

Carte des centrales nucléaires en France

En novembre 2022, la France comptait 18 centrales nucléaires pour un total de 56 réacteurs nucléaires électrogènes en activité. Les 3/4 de la production annuelle d’électricité en France sont d'origine nucléaire. Ces centrales nucléaires sont exploitées par l'entreprise EDF.

La France se situe au 2e rang des pays producteurs d'électricité nucléaire dans le monde après les États-Unis. Elle produit environ 15 % de l'énergie électrique d'origine nucléaire dans le monde.

 

Comment fonctionne une centrale nucléaire ?

Une centrale nucléaire fonctionne selon le principe suivant : les atomes lourds de l’uranium se transforment en produisant une très forte chaleur qui sert à chauffer de l’eau. Celle-ci se transforme en vapeur et produit de l’électricité.

Principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire

Après la seconde guerre mondiale, les recherches étudient l'opportunité de fabriquer des centrales nucléaires, mais c'est après la crise pétrolière de 1973 que leur déploiement s'accélère. La France en est l'exemple le plus marquant, la proportion d'énergie d'origine nucléaire passant de 3% dans les années 1970 à 75% en deux décennies.e

Les centrales nucléaires sont des usines de production d'électricité, fonctionnant à partir d'un ou de plusieurs réacteurs. L'énergie électrique provient d'un enchaînement de deux énergies : l'énergie thermique puis l'énergie mécanique.

L'énergie thermique est obtenue par la fission des noyaux du combustible radioactif, en majorité de l'uranium 235. Lors de la fission se dégage de l'énergie ainsi que des neutrons. L'objectif recherché est qu'un seul neutron ne brise qu'un seul noyau d'uranium, d'où l'importance d'un milieu dit modérateur. Cette fission s'effectue dans ce qu'on appel le coeur du réacteur, où se trouve l'uranium, qui est empilé dans des "crayons" d'environ quatre mètres. Le combustible subit des modifications dans le réacteur au fur et à mesure de la fission. Les noyaux fissiles, c'est-à-dire qui se cassent lors de la fission, diminuent, ce qui nécessite de renouveler périodiquement le combustible. C'est le cas à chaque arrêt du réacteur, lequel à lieu environ une fois par an.

L'uranium est extrait de la surface de la terre, puis après raffinage sont obtenus de l'uranium enrichi ainsi que de l'uranium appauvri, pour environ 90% de l'uranium extrait. Lorsque l'uranium est passé dans un réacteur, le combustible usé produit des déchets, de l'uranium de retraitement ainsi que du plutonium. Ce dernier est récupéré et utilisé dans une usine appelée Melox, laquelle forme du combustible mixte avec du plutonium et de l'uranium. Ce produit dénommé mox permet de retirer le plutonium des déchets.

Des barres de contrôles pénètrent le coeur du réacteur pour contrôler le dégagement d'énergie et absorber les neutrons qui se multiplient du fait de la fission.

Le combustible radioactif est en contact avec le modérateur qui a pour principe de ralentir un maximum de neutrons, sans les absorber si possible, afin d'obtenir la plus grande probabilité de fission possible avec seulement un neutron. Ce modérateur est composé d'atomes légers, comme l'hydrogène de l'eau, modérateur efficace mais qui absorbe les neutrons. Le deutérium est un isotope de l'hydrogène, qui absorbe moins les neutrons.

L' énergie thermique passe ensuite dans le fluide caloporteur, qui a pour but d'absorber la chaleur dégagée par la fission et de la transmettre au circuit secondaire. Ce fluide caloporteur doit avoir aussi un faible pouvoir d'absorption des neutrons, pour cela on utilise l'eau ordinaire, l'eau lourde, et le sodium. Ce fluide caloporteur se trouve dans le circuit primaire, que nous venons de décrire, et il transmet cette chaleur, en général, au même fluide qui lui au contraire n'est pas au contact du combustible. Ce transfert d'énergie se fait au niveau du générateur de vapeur, c'est ainsi que débute le circuit secondaire. Pour un souci de protection, le circuit primaire (la cuve où se trouve le coeur du réacteur ainsi que les pompes qui actionnent le cycle du fluide caloporteur et enfin le générateur de vapeur ) est enfermé dans une enceinte de confinement en acier et en béton, en plus de cette protection, la cuve où se trouve le coeur du réacteur est protégé par de l'acier de 20 a 30 centimètres ainsi qu'une couche d'alliage inoxydable.
Le fluide caloporteur du circuit secondaire devient en général de la vapeur, tout dépend de sa température d'ébullition, et passe dans des turbines, qui engendre une énergie mécanique. Cette dernière passe au niveau d'un alternateur qui la transforme en énergie électrique. Mais ce fluide doit être refroidit pour recommencer le circuit, pour cela il faut l'intervention d'un circuit de refroidissement, qui pompe l'eau ( souvent très froide ) puis la fait circuler dans un condenseur. Donc lorsque le fluide passe au niveau du condenseur, il se refroidit et passe dans une pompe pour le propulser nous recommençons ainsi le cycle.

Ces tours dégagent de la vapeur provenant du circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement explique la localisation des centrales, car la plupart des centrales fonctionnant sur ce principe, se trouvent à proximité des rivières, fleuves, mers ou lacs.

Le rendement d'une centrale nucléaire

Les centrales nucléaires permettent de produire des grosses puissances, soit entre 900 et 1400 MW par centrale. Le rendement d'une centrale nucléaire n''atteint toutefois pas 40 %, ce qui fait que plus de 60 % de l’énergie produite est diffusée sous forme de chaleur dans des rivières, dans la mer ou dans l’atmosphère. Sans compter les pertes dues au transport de l’électricité jusqu’aux usagers et l'aspect peu esthétique des nécessaires lignes à très haute tension.

Un impact sur l'environnement

Les centrales nucléaires ne rejettent pas ou peu de polluants atmosphériques tels que NOx, SOx, CO et CO2. En revanche, elles comportent des risques, limités, de fuites d’éléments radioactifs. De plus, une centrale de 1 000 MW produit annuellement sept tonnes de déchets de haute activité et 1 000 tonnes de déchets de moyenne et faible activité.

Le démantèlement d'une centrale nucléaire

Il n'existe pas de durée à partir de laquelle une centrale nucléaire en exercice doit obligatoire être démantelée. Le passage de la visite décennale détermine si la centrale nucléaire peut ou non continuer son activité.

L' opération de démantèlement est compliquée par le fait que la plupart des matériaux qui constituent la centrale elle-même sont devenus radioactifs.