L'ingénierie mécanique joue un rôle essentiel dans l'industrie électronucléaire, où la précision, la sécurité et l'efficacité sont d'une importance capitale.
Dans une centrale nucléaire, l’électricité est produite par fission nucléaire, un processus dans lequel les noyaux atomiques se divisent en noyaux plus petits, libérant une quantité importante d’énergie.
Pour contrôler cette réaction et garantir sa sécurité, plusieurs mécanismes sont utilisés qui unissent la mécanique classique à la physique nucléaire :
1. Réacteur nucléaire : introduction de barres de contrôle
Le réacteur nucléaire est le cœur d'une centrale nucléaire. À l’intérieur se trouvent les barres de combustible, généralement de l’uranium enrichi, qui, lorsqu’elles sont bombardées de neutrons, déclenchent la fission nucléaire.
Pour contrôler la vitesse de réaction et éviter la surchauffe, on utilise des barres de contrôle constituées de matériaux tels que le bore ou le cadmium, qui absorbent les neutrons et ajustent l'activité nucléaire.
Automatisation
Dans de nombreux réacteurs, le processus d'introduction des barres de commande peut être contrôlé automatiquement par des systèmes de contrôle informatisés qui surveillent en permanence l'activité nucléaire et la température du réacteur.
Éléments mécaniques
Les systèmes mécaniques qui assurent le mouvement des barres de commande comprennent généralement :
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Actionneurs et systèmes hydrauliques : ces actionneurs peuvent fournir un contrôle fin et précis.
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Moteurs électriques : Ces moteurs peuvent être contrôlés électroniquement pour obtenir un mouvement fluide et précis.
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Systèmes d'engrenages – Les systèmes d'engrenages peuvent être utilisés pour transmettre la puissance du moteur ou de l'actionneur hydraulique aux tiges de commande.
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Guides et structures de support : Ces composants garantissent que les barres se déplacent dans la direction souhaitée sans déviations indésirables.
2. Système de refroidissement
La chaleur générée dans le réacteur nucléaire doit être contrôlée pour éviter d'endommager les composants et garantir un fonctionnement sûr. Pour cela, on utilise un système de refroidissement qui fait circuler un fluide, généralement de l'eau, à travers le réacteur pour absorber la chaleur.
C’est pour cette raison que les principes et lois de la mécanique des fluides jouent un rôle fondamental dans la conception des pompes, des vannes et des canalisations de ce système.
L'ingénierie mécanique garantit que ces composants résistent aux rayonnements et aux températures élevées.
Vous trouverez ci-dessous une description des principaux éléments mécaniques du système de réfrigération :
Pompes de circulation
Les pompes de circulation entraînent le réfrigérant à travers le circuit de réfrigération. Ces pompes sont conçues pour gérer de grands volumes de liquide de refroidissement et fournir le débit nécessaire pour refroidir le réacteur et d'autres composants.
Mécaniquement, ils doivent être robustes et fiables, car la panne d'une pompe pourrait avoir de graves conséquences.
Échangeurs de chaleur
Les échangeurs de chaleur sont conçus pour transférer la chaleur entre le liquide de refroidissement circulant dans le réacteur et un autre milieu, généralement de l'eau ou de la vapeur, utilisé pour produire de l'électricité.
Ces échangeurs peuvent être de divers types, tels que des tubes et des ailettes ou encore des plaques.
Tuyaux et vannes
Le système de réfrigération utilise un réseau de tuyaux, de vannes et de pressostats pour transporter et réguler le débit de réfrigérant.
Les tuyaux doivent être résistants aux radiations et aux températures élevées, et les vannes doivent être capables de contrôler avec précision le débit.
Condensateurs (dans les systèmes à circuit ouvert)
Dans les centrales nucléaires en boucle ouverte, des condenseurs sont utilisés pour convertir la vapeur d’eau en liquide, libérant ainsi de la chaleur.
Les condenseurs sont des composants mécaniques qui impliquent le passage de la vapeur à travers une série de tubes et de surfaces d'échange thermique.
Ventilateurs et systèmes de refroidissement auxiliaires
Pour maintenir la température appropriée dans le système de refroidissement et dans la zone environnante, des ventilateurs et des systèmes de refroidissement auxiliaires sont utilisés.
Ces composants mécaniques aident à contrôler la température et à maintenir des niveaux de pression appropriés dans le système.
Systèmes de filtration
Les systèmes de réfrigération peuvent également inclure des systèmes de filtration mécanique pour éliminer les impuretés et les particules du réfrigérant, évitant ainsi le colmatage des tuyaux et l'usure prématurée des composants.
3. Générateur de vapeur et turbines
La chaleur évacuée du réacteur par le système de refroidissement est utilisée pour chauffer l’eau et produire de la vapeur à haute pression. Cette vapeur est dirigée vers une turbine mécanique.
Les turbines à vapeur convertissent l'énergie cinétique de la vapeur en énergie mécanique, qui est ensuite convertie en électricité par un générateur électrique.
4. Système de sécurité
La sécurité des centrales nucléaires est une priorité. Des mécanismes de sécurité tels que des soupapes de surpression, des systèmes d'extinction d'incendie et des systèmes de secours sont installés pour garantir qu'en cas d'urgence, l'usine puisse être arrêtée et refroidie en toute sécurité.
