Une centrale nucléaire est une installation de production d'électricité qui utilise l'énergie libérée par les réactions nucléaires pour produire de l'électricité. Essentiellement, il s’agit d’un type de centrale thermique qui utilise la fission nucléaire comme source de chaleur, au lieu de combustibles fossiles comme le charbon ou le gaz.
Le fonctionnement de base d'une centrale nucléaire partage des principes avec d'autres centrales thermiques : la chaleur est générée à partir d'une source d'énergie, qui est utilisée pour produire de la vapeur et entraîner une turbine reliée à un générateur électrique.
Qu'est-ce qu'une centrale nucléaire ?
Une centrale nucléaire, également connue sous le nom de centrale nucléaire, est un type de centrale thermique dont la source d'énergie provient de réactions nucléaires, en particulier du processus de fission nucléaire.
Ces installations sont conçues pour produire constamment de grandes quantités d’électricité, en tirant parti de l’énorme quantité d’énergie contenue dans le noyau des atomes.
Bien que leur fonctionnement soit similaire à celui des autres centrales thermiques - où une source de chaleur est utilisée pour générer de la vapeur et entraîner une turbine reliée à un générateur électrique - les centrales nucléaires se distinguent par l'utilisation de matières radioactives comme l'uranium 235 ou le plutonium. -239 comme carburant.
A quoi sert une centrale nucléaire ?
L’objectif principal d’une centrale nucléaire est de produire de l’électricité de manière efficace et continue. Grâce au processus de fission nucléaire, ces installations génèrent de la chaleur qui est utilisée pour produire de la vapeur, qui entraîne ensuite des turbines connectées à des générateurs électriques pour produire de l'électricité.
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 peuvent être divisées en différents composants. Les éléments les plus importants d’une centrale nucléaire sont les suivants :
Réacteur nucléaire
Le réacteur est l’élément central de l’usine, où se produit la réaction de fission. Ses principales parties sont :
- Combustible nucléaire : Uranium généralement enrichi sous forme de crayons combustibles.
- Modérateur : Substance qui réduit la vitesse des neutrons pour entretenir la réaction en chaîne. Il s'agit généralement d'eau légère, d'eau lourde ou de graphite.
- Barres de contrôle : Mécanismes qui absorbent les neutrons pour réguler ou arrêter la réaction nucléaire.
- Liquide de refroidissement : Fluide qui extrait la chaleur générée dans le réacteur.
générateur de vapeur
Dans les réacteurs à eau sous pression (REP), ce composant transfère la chaleur du liquide de refroidissement primaire vers le circuit secondaire, où la vapeur est générée pour entraîner les turbines.
Turbine et générateur
Ce sont les éléments qui convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique.
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Turbine : Convertit l'énergie thermique de la vapeur en énergie mécanique.
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Générateur : Transforme l'énergie mécanique en électricité utilisable.
Condenseur
Le condenseur refroidit la vapeur utilisée dans les turbines et la reconvertit en eau pour la recirculation.
Système de réfrigération
Ce système assure l'élimination de la chaleur résiduelle du réacteur et du condenseur, à l'aide de tours de refroidissement ou de plans d'eau naturels.
Systèmes de sécurité
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Confinement : Structure qui enferme le réacteur pour empêcher le rejet de matières radioactives dans l'environnement.
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Système d'arrêt rapide : Permet d'insérer rapidement les barres de contrôle pour arrêter la réaction.
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Systèmes redondants : Conçus pour garantir un fonctionnement sûr en cas de panne.
Fonctionnement de base
Le fonctionnement d’une centrale nucléaire peut être divisé en plusieurs étapes, toutes conçues pour convertir l’énergie libérée par la fission nucléaire en électricité de manière efficace et contrôlée :
1. Réaction nucléaire dans le réacteur
Le réacteur est comme le cœur de la centrale. C'est dans cette partie que se déroule le processus le plus important : le combustible nucléaire , comme l'uranium, subit un processus appelé fission nucléaire . Fondamentalement, nous divisons les gros atomes en morceaux plus petits. Et que se passe-t-il lorsque nous brisons ces atomes ? D’après ce qu’a établi Einstein, ils dégagent une grande quantité de chaleur.
2. Transfert de chaleur
La chaleur générée dans le réacteur est transférée à un fluide de refroidissement (généralement de l'eau) qui circule à l'intérieur du réacteur. Ce fluide est chauffé à des températures extrêmement élevées.
3. Génération de vapeur
Le fluide chauffé est utilisé pour produire de la vapeur dans un générateur de vapeur (dans les réacteurs à eau sous pression) ou directement dans le réacteur (dans les réacteurs à eau bouillante). La vapeur générée possède une énergie cinétique élevée et est entraînée vers les turbines.
4. Mouvement des turbines
La vapeur à haute pression déplace les aubes d'une turbine, convertissant l'énergie thermique de la vapeur en énergie mécanique.
5. Production d'électricité
La turbine est couplée à un générateur électrique, qui transforme l'énergie mécanique en électricité grâce au principe de l'induction électromagnétique.
6. Condensation et recirculation
Après avoir traversé les turbines, la vapeur est refroidie et condensée en eau à l'aide d'un condenseur. L'eau est renvoyée dans le cycle pour être à nouveau chauffée, fermant ainsi le circuit.
Types de centrales nucléaires
Les centrales nucléaires sont classées selon le type de réacteur qu'elles utilisent.
Il existe différents types de réacteurs nucléaires, dans les centrales destinées à la production d'électricité, ce sont tous des réacteurs 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.
- Le réacteur à eau lourde sous pression (PHWR) : utilise de l’eau lourde à haute pression comme modérateur de neutrons et comme liquide de refroidissement.
- Les réacteurs refroidis au gaz (GCR : AGR et Magnox) : Ils utilisent du graphite comme modérateur de neutrons et du dioxyde de carbone à l'état gazeux comme caloporteur.
- Le réacteur modéré au graphite et refroidi à l'eau légère (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 issus de la réaction en chaîne et est refroidi 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.