Une centrale nucléaire est une centrale thermique dont la source d'énergie est l'énergie nucléaire.
Son fonctionnement est similaire à celui de toute autre centrale thermique : l'énergie thermique est générée à partir d'une source d'énergie pour entraîner une turbine à vapeur reliée à un générateur électrique.
Les centrales nucléaires sont des installations clés dans le monde de l'énergie, jouant un rôle essentiel dans la production d'électricité. Dans cet article, nous expliquerons ce que sont les centrales nucléaires, leur objectif, leur fonctionnement et les types de centrales nucléaires les plus courants.
Qu'est-ce qu'un centre nucléaire ?
Une centrale nucléaire, également connue sous le nom de centrale nucléaire, est une installation conçue pour produire de l'électricité à partir de l'énergie libérée lors du processus de fission nucléaire.
La fission nucléaire consiste à diviser les noyaux atomiques lourds, comme l'uranium 235, en fragments plus petits par collision avec des neutrons. Ce processus libère une grande quantité d'énergie sous forme de chaleur, qui est ensuite transformée en électricité.
A quoi sert une centrale nucléaire ?
Un autre objectif des centrales nucléaires est la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Les centrales nucléaires émettent de très faibles quantités de dioxyde de carbone (CO 2 ) lors de la production d'électricité par rapport aux centrales électriques qui brûlent des combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel.
Outre la production d'électricité, certaines centrales nucléaires sont utilisées à des fins de recherche scientifique et médicale. Ils produisent par exemple des isotopes radioactifs utilisés en médecine pour le diagnostic et le traitement des maladies, ainsi que pour la recherche en physique nucléaire.
Parties d'une centrale nucléaire
Les centrales nucléaires se composent de plusieurs composants essentiels, notamment :
Réacteur nucléaire : lieu où se produit la fission nucléaire, y compris les barres de combustible, le modérateur et le liquide de refroidissement.
Générateur de vapeur : Avec des tuyaux, des vannes et une turbine pour convertir la chaleur en vapeur et en électricité.
Générateur électrique : Doté d'un générateur et souvent d'un transformateur pour convertir l'énergie mécanique en électricité.
Système de contrôle et de sécurité : Surveille et régule la réaction nucléaire et garantit la sécurité de l'installation.
Stockage des déchets radioactifs : y compris les piscines de stockage temporaires et les plans de gestion à long terme des déchets radioactifs.
Structures de confinement : Pour garantir la sécurité et éviter le rejet de matières radioactives en cas d'accident.
Comment fonctionne une centrale nucléaire ?
L'exploitation d'une centrale nucléaire est un processus hautement spécialisé qui implique la conversion de l'énergie nucléaire en électricité de manière efficace et contrôlée. Ceci est réalisé grâce à une série d'étapes interconnectées que nous expliquons ci-dessous :
Fission de l'atome d'uranium
Le processus commence au cœur du réacteur nucléaire, là où se trouve le cœur de la centrale. Dans ce noyau se trouvent des barres de combustible, généralement constituées d'uranium enrichi ou de plutonium.
C'est là que se produit la fission nucléaire, un processus dans lequel les noyaux des atomes lourds se divisent en fragments plus petits lorsqu'ils sont bombardés de neutrons. Cette fission libère une énorme quantité de chaleur et davantage de neutrons.
Génération de vapeur
La chaleur générée par la fission nucléaire est l'élément clé de la production d'électricité. Cette chaleur est transférée à un système de refroidissement, utilisant généralement de l'eau, pour éviter la surchauffe du réacteur. L'eau se transforme en vapeur sous l'effet de la chaleur intense, et cette vapeur à haute pression est dirigée vers un générateur de vapeur.
Le générateur de vapeur est un élément crucial du processus. À l'intérieur, la vapeur d'eau chaude passe par des tuyaux et des vannes qui l'acheminent vers une turbine.
Turbines et générateur électrique
La turbine, reliée à un générateur électrique, exploite l'énergie cinétique de la vapeur en mouvement et la convertit en énergie mécanique. La turbine tourne à grande vitesse, ce qui amène le générateur électrique à produire de l'électricité.
Condensation de vapeur
Le cycle ne s'arrête pas là. La vapeur épuisée, après avoir traversé la turbine, est refroidie et condensée en eau.
Ce processus de condensation est complété dans un système de refroidissement et l'eau résultante est renvoyée au cœur du réacteur pour recommencer le cycle.
Répéter le cycle
Ce cycle de chauffage, de génération de vapeur, d'entraînement de turbine et de production d'électricité est constamment répété pour maintenir un approvisionnement constant en énergie électrique.
De plus, des systèmes de contrôle et de sécurité sont mis en place pour surveiller et réguler la réaction nucléaire, garantissant ainsi le fonctionnement sûr de la centrale.
Types de réacteurs nucléaires
Il existe différents types de réacteurs nucléaires, tous à fission. L'ONU les classe comme suit :
Le réacteur à eau sous pression (PWR et VVER). Ils utilisent de l'eau à haute pression pour produire de la vapeur destinée aux générateurs de vapeur. Ils ont trois circuits.
Le réacteur à eau bouillante (REB) : le deuxième plus répandu au monde. L'eau bout, générant de la vapeur directement dans le cœur du réacteur. Ils n'ont que deux circuits.
Réacteur à eau lourde sous pression (PHWR) : utilise de l'eau lourde à haute pression comme modérateur de neutrons et comme liquide de refroidissement.
Le réacteur refroidi au gaz (GCR : AGR et Magnox) : Ils utilisent du graphite comme modérateur de neutrons et du dioxyde de carbone gazeux comme caloporteur.
Le réacteur léger refroidi à l'eau et modéré par graphite (LGR et RBMK) : modèles d'origine russe. "L'eau légère" est de l'eau normale.
Le réacteur rapide (LBR, ou LMFBR) : Il ne ralentit pas les neutrons de la réaction en chaîne et se refroidit avec du sodium liquide. Ils sont en phase de prototype et de recherche.
Réacteurs à sels fondus : Il s'agit d'une technologie en développement qui utilise un mélange de sels fondus comme liquide de refroidissement et combustible.
