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Quels sont les types de réacteurs nucléaires ?

Les réacteurs nucléaires font partie des centrales nucléaires. Le but d'un réacteur est d'obtenir de l'énergie à partir de l'énergie nucléaire.

Quels sont les types de réacteurs nucléaires ?

L'utilisation la plus courante de ce type de réacteur est la production d'énergie électrique. Dans les réacteurs nucléaires, des réactions de fission en chaîne (éclatement d' atomes d'uranium) sont générées pour produire de l'énergie thermique. Le reste de la centrale nucléaire se chargera d'utiliser cette énergie pour la convertir en électricité.

Les différences entre les différents types de centrales nucléaires reposent sur le fonctionnement du réacteur nucléaire qu'elles utilisent pour produire de l'électricité.

Les types de réacteurs nucléaires les plus courants sont les suivants :

  • Réacteur à eau sous pression (REP)

  • Réacteur à eau bouillante (REB)

  • Réacteur à l'uranium naturel et au graphite au gaz (GCR)

  • Réacteur à gaz avancé (AGR)

  • Réacteur refroidi par gaz à température élevée (HTGCR)

  • Réacteur nucléaire à eau lourde (REH)

  • Réacteur surgénérateur rapide (FBR)

Réacteur à eau sous pression (REP)

Quels sont les types de réacteurs nucléaires ?

Le réacteur à eau sous pression est le réacteur nucléaire le plus utilisé au monde avec le réacteur à eau bouillante (REB). Ce réacteur a été développé principalement aux États-Unis, RF en Allemagne, en France et au Japon.

Le combustible nucléaire utilisé est de l'uranium enrichi sous forme d'oxyde.

Le modérateur et le liquide de refroidissement utilisés peuvent être de l'eau ou du graphite.

L'énergie thermique générée par le cœur du réacteur est transportée par l'eau de refroidissement qui circule sous haute pression vers un échangeur de chaleur. Le réacteur est basé sur le principe que l'eau soumise à une pression élevée peut s'évaporer sans atteindre le point d'ébullition.

Dans l'échangeur, la vapeur est refroidie et condensée, et retourne au réacteur à l'état liquide.

Dans l'échange, la chaleur passe à un circuit d'eau secondaire. L'eau du circuit secondaire est convertie en vapeur haute pression qui sera utilisée pour entraîner les turbines à vapeur. Les turbines fournissent de l'énergie mécanique pour entraîner le générateur électrique et obtenir de l'électricité.

Réacteur à eau bouillante (REB)

Le réacteur à eau bouillante (connu sous l'acronyme en anglais BWR), est également fréquemment utilisé. Technologiquement, il a été développé principalement aux États-Unis, en Suède et en Allemagne de l'Ouest.

Dans ce type de réacteur nucléaire, il utilise l'eau comme fluide caloporteur et modérateur de neutrons.

Le combustible nucléaire utilisé est de l'uranium enrichi sous forme d'oxyde car il facilite la génération de fissions nucléaires.

L'énergie thermique générée par les réactions en chaîne de la fission nucléaire est utilisée pour faire bouillir l'eau. La vapeur produite est envoyée dans une turbine qui entraîne un générateur électrique. La vapeur qui sort de la turbine passe à travers un condenseur, où elle est retransformée en eau liquide pour répéter le cycle.

Réacteur à l'uranium naturel et au graphite au gaz (GCR)

Le réacteur à uranium naturel et graphite gazeux est un type de réacteur nucléaire qui utilise de l'uranium naturel sous forme de métal comme combustible nucléaire. Le combustible est introduit dans des tubes d'un alliage de magnésium appelé magnox.

Le modérateur de neutrons utilisé est le graphite. Le refroidisseur thermique est au gaz, plus précisément au dioxyde de carbone (CO 2 ).

La technologie de ce type de réacteur nucléaire a été développée principalement en France et au Royaume-Uni.

Réacteur à gaz avancé (AGR)

Le réacteur à gaz avancé (AGR) a été développé au Royaume-Uni à partir du réacteur nucléaire à uranium naturel-graphite-gaz.

Les principales nouveautés sont que le combustible nucléaire, sous forme d'oxyde d'uranium enrichi, est introduit dans des tubes en acier inoxydable et que la cuve en béton précontraint contient les échangeurs de chaleur à l'intérieur.

Réacteur refroidi par gaz à température élevée (HTGCR)

Le réacteur nucléaire refroidi au gaz à température élevée est une nouvelle évolution des réacteurs nucléaires refroidis au gaz.

Les différences par rapport au réacteur nucléaire avancé à gaz (AGR) sont principalement de trois :

  • L'hélium est remplacé par le dioxyde de carbone comme réfrigérant,

  • le combustible céramique est utilisé à la place du combustible métallique

  • les températures du gaz avec lequel il fonctionne sont beaucoup plus élevées.

Réacteur nucléaire à eau lourde (REH)

Le réacteur nucléaire à eau lourde est un type de réacteur nucléaire développé principalement au Canada. Une variante de ce réacteur est le réacteur nucléaire CANDU , très populaire au Canada.

Le combustible utilisé pour obtenir l'énergie nucléaire est l'uranium naturel, sous forme d'oxyde, qui est introduit dans des tubes de zirconium allié.

La principale caractéristique du réacteur à eau lourde est l'utilisation d'eau lourde comme modérateur et caloporteur.

Dans sa conception la plus courante, les tubes de combustible nucléaire sont insérés dans une cuve contenant le modérateur. Le réfrigérant est maintenu sous pression pour maintenir son état liquide. La vapeur est produite dans des échangeurs de chaleur à travers lesquels circule l'eau légère.

Réacteur surgénérateur rapide (FBR)

La principale caractéristique des réacteurs rapides est qu'ils n'utilisent pas de modérateur de neutrons et que, par conséquent, la plupart des fissions nucléaires sont produites par des neutrons rapides.

Le cœur de ce type de réacteur nucléaire est constitué d'une zone fissile, entourée d'une zone fertile dans laquelle l'uranium naturel est transformé en plutonium. Le cycle uranium 233-thorium peut également être utilisé.

Le réfrigérant est du sodium liquide, la vapeur est produite dans des échangeurs de chaleur.

Comment classer autrement les réacteurs nucléaires ?

Les réacteurs nucléaires peuvent être classés selon différents critères. L'un des critères est le but pour lequel ils doivent être utilisés. En ce sens, nous distinguons les finalités suivantes :

  • Civil : production d'électricité, médecine nucléaire, usages industriels, etc.

  • Militaire : création d'armes militaires ou comme système de propulsion de véhicules de guerre (sous-marins militaires, etc.)

  • Recherche : rechercher des réacteurs nucléaires utilisés pour développer la technologie de l'énergie nucléaire dans différents domaines, tant civils que militaires.

Il existe d'autres classifications des types de réacteurs nucléaires selon les critères utilisés. Parmi les critères les plus courants figurent :

  • Selon le combustible nucléaire utilisé, on trouve des réacteurs nucléaires à uranium naturel et des réacteurs nucléaires à uranium enrichi. D'autres réacteurs utilisent des oxydes mixtes d'uranium et de plutonium.

  • Selon la vitesse des neutrons, c'est-à-dire leur énergie cinétique, produite dans les réactions de fission nucléaire : on distingue les réacteurs rapides et les réacteurs thermiques.

  • Selon le modérateur utilisé, il peut s'agir de réacteurs nucléaires à eau lourde, à eau légère ou au graphite.

  • Selon le matériau utilisé comme fluide caloporteur : les matériaux les plus courants sont un gaz (hélium ou dioxyde de carbone) ou de l'eau (légère ou lourde). Parfois, ces matériaux agissent en même temps comme modérateurs de neutrons. La vapeur, les sels fondus, l'air ou les métaux liquides peuvent également être utilisés comme liquide de refroidissement.

  • Les réacteurs nucléaires se distinguent également par le type de réaction nucléaire : qu'il s'agisse de réactions de fission ou de fusion. Actuellement, tous les réacteurs nucléaires en production sont des réacteurs à fission nucléaire. Le réacteur de fusion nucléaire est en phase de recherche et développement.

Auteur :

Date de publication : 29 août 2012
Dernier examen : 1 septembre 2021