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Turbine d'une centrale nucléaire

Nucléaire Cattenon usine,
France

Comment fonctionne une centrale nucléaire?

Le fonctionnement d'une centrale nucléaire est similaire à celui de toute autre centrale thermique. Une centrale nucléaire est un type de centrale thermique. Sa fonction est de générer de l'énergie électrique.

Comment fonctionne une centrale nucléaire?

Il existe plusieurs types d'échanges, mais à la base, ils fonctionnent de la même manière:

  1. Génère des réactions nucléaires. L'énergie thermique est obtenue.
  2. Génère de la vapeur d'eau avec de l'énergie thermique.
  3. Activez une turbine à vapeur. L'énergie mécanique (énergie cinétique) est obtenue.
  4. Actionnez un générateur électrique. L' électricité est obtenue.

Une centrale nucléaire est une installation dans laquelle l'ensemble du processus est exécuté. La différence la plus importante avec les autres centrales thermiques est la manière d'obtenir de l'énergie thermique. Dans une centrale nucléaire, elle est réalisée dans le réacteur nucléaire.

Les autres types de centrales thermiques sont principalement ceux qui utilisent des combustibles fossiles. Charbon ou gaz naturel principalement. Il existe également des centrales solaires thermiques qui utilisent le soleil pour produire de la vapeur.

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 liaisons de force qui ont une grande quantité d'énergie. 

Le concept d'énergie nucléaire fait référence à l'énergie du noyau. Le concept d'énergie atomique fait référence à l'atome. Cependant, dans les deux cas, nous voulons dire la même chose.

Si cette structure atomique est modifiée, deux choses peuvent se produire:

Dans les deux cas, une grande quantité d'énergie thermique est libérée.

Aujourd'hui, toutes les centrales nucléaires utilisent des réacteurs à fission. La fusion nucléaire n'est pas encore viable.

Quels types de centrales nucléaires existe-t-il?

Dans le monde, 90% des usines utilisent des réacteurs à eau légère. L'eau légère est de l'eau courante; en génie nucléaire, on l'appelle ainsi. On distingue deux types de réacteurs à eau légère:

  • Réacteur nucléaire à eau sous pression (REP).
  • Réacteur nucléaire à eau bouillante (REB). 

Entre ces deux types de réacteurs, le réacteur à eau sous pression est le plus utilisé au monde.

Comment fonctionne une centrale nucléaire à eau sous pression?

Comment fonctionne une centrale nucléaire?

Le fonctionnement de base d'une centrale nucléaire avec un réacteur à eau sous pression peut être simplifié en 4 étapes:

  1. Obtention d'énergie thermique par fission nucléaire du noyau des atomes ( noyau atomique) du combustible nucléaire.
  2. Générez de la vapeur d'eau en utilisant l'énergie thermique précédemment obtenue du générateur de chaleur.
  3. Actionnez un ensemble de turbines en utilisant la vapeur d'eau obtenue.
  4. Profitez de l'énergie mécanique des turbines pour entraîner un générateur électrique. Ce générateur électrique produira 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). Plus tard, lorsqu'il se casse, il est converti en énergie thermique. Grâce à la thermodynamique, une partie de l'énergie thermique est convertie en vapeur.

L'énergie thermique devient l'énergie interne de l'eau (maintenant de la vapeur). L'énergie interne et l'énergie thermique de l'eau sont transformées en énergie cinétique lors de l'entraînement de la turbine.

Enfin, le générateur convertit l'énergie cinétique en énergie électrique.

Circuits d'eau

Les centrales nucléaires qui fonctionnent avec un réacteur à eau sous pression ont deux circuits d'eau:

  • Circuit primaire. Il passe par le réacteur.
  • Circuit secondaire. Il passe par les turbines à vapeur.

Dans le circuit primaire, l'eau est soumise à une pression élevée. En traversant le réacteur, l'eau acquiert une température très élevée et la pression l'empêche d'être gazéifiée. Il ne peut pas être converti en vapeur. Tel est l'objectif.

Le circuit secondaire est également fermé. Une partie de l'eau est convertie en vapeur. Il est chauffé car il est en contact avec le circuit primaire. La vapeur passe à travers la turbine.

Enfin, il est refroidi en étant en contact thermique avec une source d'eau externe.

Que se passe-t-il dans le réacteur nucléaire?

Le réacteur nucléaire est la partie la plus sensible et la plus importante de la centrale.

Le réacteur est en charge de la conversion de l'énergie nucléaire en énergie thermique. A l'intérieur, sont placés les crayons de combustible nucléaire. Généralement de l'uranium. L'uranium est très instable.

Si un neutron entre en collision avec un atome d'uranium, il est très susceptible de se briser. Cette rupture est une réaction de fission nucléaire. Des morceaux de l'atome et un ou deux neutrons supplémentaires sont libérés dans une fission nucléaire. Ces neutrons peuvent entrer en collision avec des atomes et générer des réactions en chaîne.

Si ces réactions n'étaient pas contrôlées, de plus en plus de réactions par seconde auraient lieu. La chaleur générée serait si élevée qu'elle ne pourrait pas être contenue et le réacteur fondrait (comme à Tchernobyl et Fukushima).

Pour éviter que cela ne se produise, il existe des barres de contrôle. Les barres de contrôle ont la capacité d'attirer les neutrons. Sans neutrons, il n'y a plus de réactions.

Bâtiment de confinement

Le bâtiment de confinement est le bâtiment où se trouvent la centrale nucléaire et le circuit primaire. Les parties les plus sensibles de la centrale nucléaire.

Le bâtiment de confinement est conçu pour:

  1. Contenir d'éventuelles explosions.

  2. Évitez la fuite possible des radiations nucléaires vers l'extérieur.

Comment l'électricité est-elle produite?

Lorsque la vapeur a atteint la turbine, elle a transféré une grande partie de son énergie thermique à la turbine. Maintenant, la turbine a de l'énergie mécanique, elle tourne.

Cette turbine est connectée à un générateur électrique. le générateur transforme l'énergie cinétique en énergie électrique.

Comment fonctionne une centrale nucléaire?

La vapeur d'eau sortant de la turbine a perdu beaucoup d'énergie thermique mais il s'agit toujours de vapeur très chaude. Il doit être réfrigéré avant de le remettre dans le circuit. 

En sortant de la turbine, la vapeur va dans un réservoir de condensation. L'eau sera en contact thermique avec certains tuyaux d'eau froide à l'extérieur. La vapeur d'eau devient liquide. Grâce à une pompe, l'eau est dirigée vers le réacteur.

Le cycle se répète.

Quelle est la fumée sortant des cheminées des centrales nucléaires?

La fumée blanche qui sort des cheminées des centrales nucléaires est de la vapeur d'eau.

Lorsque l'eau froide entre en contact thermique avec la vapeur qui sort des turbines, elle se réchauffe rapidement. La chaleur est transférée. En raison de la chaleur, une partie de cette eau externe est convertie en vapeur.

Pour cette raison, les centrales nucléaires sont toujours installées à proximité d'une source abondante d'eau froide. Ce peut être la mer, une rivière ou un lac. De l'eau est nécessaire pour le refroidissement dans le réservoir de condensation.

résumé

Une centrale nucléaire vise à extraire l'énergie d'un atome et à la convertir en électricité.

Ce processus se déroule en 4 étapes.

  1. Convertissez l'énergie de l'atome en énergie thermique grâce à des réactions nucléaires.
  2. Générez de la vapeur en utilisant cette énergie thermique.
  3. Faire fonctionner une turbine à vapeur.
  4. Convertissez l'énergie cinétique de la turbine en électricité. Générateur électrique.

Références

Auteur :

Date de publication : 10 décembre 2009
Dernier examen : 11 mai 2020