Une centrale nucléaire est une installation qui produit de l’électricité en utilisant l’énergie nucléaire.
Le fonctionnement d'une centrale nucléaire est similaire à celui de toute autre centrale thermique. En fait, une centrale nucléaire est un type de centrale thermique dont la fonction est de produire de l'énergie électrique.
Il existe plusieurs types de centrales, mais le principe de fonctionnement est le suivant :
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Générer des réactions nucléaires pour obtenir de l'énergie thermique.
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Générer de la vapeur d'eau avec de l'énergie thermique.
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Conduire une turbine à vapeur pour obtenir de l'énergie mécanique.
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Conduisez un générateur électrique pour produire de l’électricité.
Une centrale nucléaire est une installation dans laquelle se déroule l'ensemble du processus. La différence la plus importante avec les autres centrales thermiques est la manière d'obtenir de l'énergie thermique. Dans une centrale nucléaire, l'obtention de chaleur se fait dans des réacteurs nucléaires.
Obtention de chaleur : qu'est-ce qu'une réaction nucléaire ?
Une réaction nucléaire est une altération du noyau d'un atome.
Les atomes sont constitués d'une combinaison de sous-particules : protons et neutrons. Ces sous-particules sont liées par des liens de force qui possèdent une grande quantité d'énergie.
Lorsque ces liaisons sont rompues, des produits dits de fission sont générés, qui sont des matières radioactives, et l'émission d'une quantité considérable d'énergie. Toutes les centrales nucléaires fonctionnent avec la fission des noyaux du combustible nucléaire.
Types de centrales nucléaires
Dans le monde, 90 % des centrales électriques utilisent des réacteurs à eau légère. L'eau légère est de l'eau courante; en génie nucléaire, cela s'appelle ainsi. Il existe deux types de réacteurs à eau légère :
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Réacteur nucléaire à eau sous pression (REP).
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Réacteur nucléaire à eau bouillante (REB).
Parmi ces deux types de réacteurs, le réacteur à eau sous pression est le plus utilisé dans le monde.
Schéma d’une centrale nucléaire à eau sous pression
Le fonctionnement de base d'une centrale nucléaire avec un réacteur à eau sous pression peut être simplifié en 4 étapes :
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Obtention d'énergie thermique par fission nucléaire du noyau des atomes de combustible nucléaire.
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Générer de la vapeur d'eau en utilisant l'énergie thermique obtenue à l'étape précédente.
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Entraîner un ensemble de turbines à l'aide de la vapeur d'eau obtenue.
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Exploiter l'énergie mécanique des turbines pour entraîner un générateur électrique afin de produire de l'électricité.
D'un point de vue physique plusieurs changements d'énergie sont observés :
Au départ, nous avons l'énergie nucléaire (celle qui maintient la cohésion des noyaux des atomes). Par la suite, lorsqu'il se casse, il est converti en énergie thermique qui est utilisée pour générer de la vapeur.
L'énergie thermique devient l'énergie interne de l'eau (maintenant la vapeur). L'énergie interne et l'énergie calorifique de l'eau sont transformées en énergie cinétique par l'entraînement de la turbine.
Enfin, le générateur convertit l'énergie cinétique en énergie électrique.
Les circuits d’eau
Les centrales nucléaires qui fonctionnent avec un réacteur à eau sous pression ont deux circuits d'eau :
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Le circuit primaire qui traverse le réacteur.
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Le circuit secondaire qui traverse les turbines à vapeur.
L’eau du circuit primaire est soumise à une pression élevée. En traversant le réacteur, l'eau acquiert une température très élevée et la pression l'empêche de se gazéifier.
Le circuit secondaire est également fermé. L'eau de ce circuit est chauffée car elle est en contact thermique avec le circuit primaire pour la transformer en vapeur et entraîner la turbine.
Enfin, il est refroidi en étant en contact thermique avec une source d'eau externe.
Que se passe-t-il dans le cœur du réacteur ?
Le réacteur nucléaire est la partie la plus sensible et la plus importante de la centrale.
Le réacteur est responsable de la conversion de l'énergie nucléaire en énergie thermique. A l'intérieur sont placées des barres de combustible nucléaire, généralement constituées d'uranium, un élément très instable du tableau périodique.
Le simple choc d'un neutron contre un atome d'uranium provoque sa rupture, donnant lieu à une réaction de fission nucléaire. Le résultat de chaque fission nucléaire est deux morceaux de matière radioactive et un ou deux neutrons supplémentaires. Ces neutrons peuvent entrer en collision avec des atomes et générer des réactions en chaîne.
Si ces réactions ne sont pas contrôlées, de plus en plus de réactions se produiront par seconde. La chaleur générée serait si élevée qu'elle ne pourrait pas être contenue et le réacteur fondrait. Pour que cela ne se produise pas, il y a des barres de contrôle.
Les barres de contrôle ont la capacité d'attirer les neutrons. Ces barres ont une fonction pour contrôler la puissance du réacteur et en conséquence elles sont fondamentales pour la sûreté nucléaire.
L'enceinte de confinement est le bâtiment où se trouvent le réacteur nucléaire et le circuit primaire. Le bâtiment de confinement est conçu pour contenir d'éventuelles explosions et empêcher l'éventuelle fuite de rayonnement nucléaire vers l'extérieur.
Comment est générée l'électricité?
Lorsque la vapeur a entraîné la turbine, elle a transféré une grande partie de son énergie thermique à la turbine. La turbine à vapeur est reliée à un générateur électrique pour transformer le mouvement circulaire en énergie électrique.
La vapeur sortant de la turbine a perdu beaucoup d'énergie calorifique mais il s'agit toujours de vapeur très chaude.
A la sortie de la turbine, la vapeur est dirigée vers un bac de condensation où elle est en contact thermique avec un circuit de refroidissement d'eau froide de l'extérieur. Lorsque la vapeur d'eau devient liquide, elle retourne au réacteur entraînée par une pompe à eau.
Part de l’eau originalement froide sorte en forme de vapeur pour le.
Quelle est la fumée qui sort des cheminées des centrales nucléaires ?
La fumée blanche qui sort des tours de refroidissement des centrales nucléaires est de la vapeur d'eau.
Lorsque l'eau froide entre en contact thermique avec la vapeur sortant des turbines, elle s'échauffe rapidement. Sous l'effet de la chaleur, une partie de cette eau externe se transforme en vapeur.
Pour cette raison, les centrales nucléaires sont toujours installées à proximité d'une source abondante d'eau froide (la mer, une rivière ou un lac).
