Turbine d'une centrale nucléaire

Nucléaire Cattenon usine,
France

Le fonctionnement d'une centrale nucléaire

Le fonctionnement d'une centrale nucléaire

L'utilisation principale qu'on donne actuellement à l'énergie nucléaire est la production d'électricité. Les centrales nucléaires sont les installations responsables de ce processus.

Pratiquement toutes les centrales nucléaires en production utilisent de la fission nucléaire étant donné que la fusion nucléaire n'est pas actuellement possible en dépit d'être en cours de développement.

Le fonctionnement d'une centrale nucléaire est identique à le d'une centrale thermique fonctionnant avec du charbon, du pétrole ou du gaz, sauf la façon de fournir de l'énergie thermique (chaleur) dans l'eau pour faire de la vapeur. Pour les réacteurs nucléaires cette chaleur est obtenue par les réactions de fission nucléaire des atomes du combustible nucléaire (normallement uranium), alors que dans les autres types de centrales électriques la chaleur est obtenue par la combustion de combustibles fossiles.

Globalement le 90% des réacteurs de puissance, à savoir les réacteurs pour la production d'énergie électrique sont des réacteurs à eau légère (en versions à eau pressurisée ou à eau bouillante). Dans l'ingénierie nucléaire de l'eau courante est appelé de l'eau légère.

Pour exploiter une centrale nucléaire il y a une grande variété de types de réacteurs nucléaires. Cependant, tous les types de réacteurs nucléaires ont le même objectif: utiliser la chaleur des réactions de fission nucléaire pour entraîner des turbines qui produisent de l'électricité.

Dans tous les types de réacteurs nucléaires n'il y a deux à destaquer: le réacteur nucléaire à eau préssurisée (PWT) et le réacteur à eau bouillante nucléaire (BWR). Le réacteur à eau préssurisée est le plus utilisé dans le monde et nous allons expliquer ci-dessous de manière simpliste.

Le fonctionnement d'une centrale nucléaire à d'eau pressurisée

Aperçu du fonctionnement d'une centrale nucléaire

Le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire avec réacteur à eau pressurisée peut être simplifiée dans ces 4 étapes:

  1. Obtention de l'énergie thermique à travers de la fission nucléaire des noyaux des atomes (noyau atomique) du combustible nucléaire.
  2. Générer de la vapeur d'eau à travers de l'énergie thermique obtenue précédentment dans le générateur de chaleur.
  3. Actionner un ensemble de turbines à travers de la vapeur d'eau obtenue.
  4. Capter l'énergie mécanique de la turbine pour entraîner le générateur électrique. Ce générateur sera qui va générer de l'électricité.

Du point de vue physique on peut observer plusieurs changements d'énergie: au debut nous avions de l'énergie nucléaire (qui garde les noyaux d'atomes en cohésion), en suite, au moment de sa rupture cet énergie deviens de l'énergie thermique. Une partie de l'énergie thermique est convertie à l'énergie interne de l'eau à vapeur, selon les principes de la thermodynamique. L'énergie interne et l'énergie thermique de l'eau se sont transformées en énergie cinétique pour actionner la turbine. Finalement, le générateur convertira l'énergie cinétique en énergie électrique.

Le réacteur nucleaire

Le responsable de convertir l'énergie nucléaire en énergie thermique est le réacteur nucléaire. Il est responsable de causer et de contrôler de ces fissions atomiques qui vont générer beaucoup d'énergie thermique (chaleur). Avec cette chaleur on chaufe de l'eau pour le convertir en vapeur d'eau à haute pression et température.

La génération de l'électricité

--L'eau transformée en vapeur à haute température sort de l'enceinte de confinement en raison de l'autre pression à laquelle il est soumise jusqu'à arriver à la turbine et la metre en rotation. A ce moment partie de l'énergie thermique de la vapeur est convertie en énergie cinétique. Cette turbine est reliée à un générateur électrique de sorte que l'énergie cinétique est transformée en électricité.

centrale nucléaire Asco

D'autre part, la vapeur sortant de la turbine, même si elle a perdu l'énergie thermique reste à l'état gazeux et chaud, donc il faut le refroidir avant de le remettre dans le circuit. En sortant de la turbine il est dirigée vers une chambre de condensation où il est en contact thermique avec les conduites d'eau froide. La vapeur d'eau devient liquide, et avec l'aide d'une pompe il est redirigé vers le réacteur nucléaire à nouveau pour revenir à répéter le cycle.

C'est pour ça que les centrales nucléaires sont toujours installés à proximité d'une source abondante d'eau froide (mer, rivière, lac), c'est pour utiliser cette eau dans la chambre de condensation. La colonne de fumée blanche qu'on peut voire sortir de certains centrales nucléaires est de la vapeur provoquée au moment du changement du chaleur.

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Références

Dernier examen: 28 juin 2017