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Le fonctionnement d'une centrale nucléaire
Le fonctionnement d'une centrale nucléaire

Comment fonctionne une centrale nucléaire ?

Une centrale nucléaire peut être comparée à une machine à vapeur. Elle chauffe l’eau qui, transformée en vapeur, fait tourner une dynamo géante qui génère de l’électricité. Mais, contrairement à une machine à vapeur, l’échauffement de l’eau se fait au moyen de matières fissiles, donc sans combustion.

L'intérieur du bâtiment de réacteur. Le réacteur nucléaire se trouve dans la piscine au milieu de la photo. (source : ENGIE Electrabel).

Dans toutes les centrales nucléaires, la production d’électricité provient de la fission de noyaux d’uranium ou de plutonium. Lorsqu’un noyau d’uranium ou de plutonium fissile est bombardé par un neutron, il se fragmente. Cette fission nucléaire produit des neutrons (deux ou trois par fission) et crée de nouveaux atomes (les produits de fission tels que le xénon, le krypton, l’iode, le césium, … ). Cette réaction en chaîne dégage de grandes quantités de chaleur qui permet de chauffer de l’eau pour la transformer en vapeur. Celle-ci fait ensuite tourner une turbine à laquelle est couplé l’alternateur qui produit l’électricité.

Les différents éléments d'une centrale nucléaire du type PWR (source : ENGIE Electrabel).

Les centrales nucléaires à eau pressurisée (PWR) comme à Doel et Tihange

La production d'électricité dans les centrales nucléaires s'effectue grâce à trois circuits d'eau totalement indépendants les uns par rapport aux autres.

Le circuit primaire extrait la chaleur

La chaleur dégagée par la réaction en chaîne contrôlée qui se produit dans la cuve du réacteur chauffe l'eau du circuit primaire. Pour empêcher cette eau avoisinant les 300°C de bouillir, le pressuriseur la maintient à une pression de 155 bars.

Dans un générateur de vapeur, l'eau du circuit primaire transmet sa chaleur à l’eau circulant dans un autre circuit fermé : le circuit secondaire.

Le circuit secondaire produit la vapeur

Au contact des tubes des générateurs de vapeur dans lesquels circule l’eau du circuit primaire, l’eau du circuit secondaire se transforme en vapeur. La pression de cette vapeur fait tourner la turbine qui entraîne l'alternateur qui, à son tour, produit l’électricité. Le cycle secondaire est aussi appelé "circuit eau - vapeur".

Les trois circuits dans une centrale nucléaire type PWR (source : ENGIE Electrabel).

Le circuit tertiaire refroidit.

Ce circuit de refroidissement est indispensable pour condenser la vapeur et évacuer la chaleur résiduelle. La vapeur de la turbine est à nouveau transformée en eau dans un condenseur, un énorme échangeur qui enferme des milliers de tubes dans lesquels circule de l’eau froide prélevée à une source extérieure (fleuve ou mer). Après son passage dans le condenseur, l'eau de refroidissement peut être évacuée de deux façons. Soit elle est rejetée, légèrement échauffée, à la source extérieure d’où elle provient. Soit elle cède sa chaleur à l’atmosphère dans une tour de refroidissement. Les tours de refroidissement permettent de respecter les prescriptions environnementales en matière de réchauffement des cours d’eau.

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La sûreté d'une centrale nucléaire : cinq barrières de confinement

Une série de cinq barrières de confinement successives isolent complètement l'uranium et les produits de fission hautement radioactifs.

Trois barrières physiques résistantes et étanches assurent le confinement des matières radioactives. Cette triple couche protège des radiations et isole la radioactivité à l’intérieur des installations en toutes circonstances.

La barrière 1 et 2 : les pastilles et les barres de combustibles

L’uranium est transformé en pastilles de céramique combustibles (1) qui sont introduites dans une gaine métallique protectrice en zircaloy pour former des crayons combustibles parfaitement étanches. L’assemblage de ces crayons constituera le cœur du réacteur. Les pastilles sont à leur tour empilées dans des barres de combustible hermétiques (2).

La barrière 3 : la cuve

Ces barres sont ensuite assemblées en éléments combustibles et placées dans la cuve du réacteur (3), dont la paroi en acier fait 25 cm d'épaisseur.

La barrière 4 et 5 : le bâtiment du réacteur

Une première enceinte empêche tout rejet de radioactivité hors du bâtiment du réacteur (4) ; elle résiste à une forte pression de l'intérieur.

Une seconde enceinte en béton armé (5) protège les installations des accidents externes. Elle est conçue pour faire face à différents scénarios d'incidents ou d'accidents, un incendie, une inondation, un tremblement de terre, l'impact d'un avion. Une dépression entre les deux enceintes permet d'éviter tout rejet non contrôlé de radioactivité vers l'extérieur.

​Une série de cinq barrières de confinement successives isolent complètement l'uranium et les produits de fission hautement radioactifs.

Dans l'actualité : Les dégradations du béton dans la partie non-nucléaire des réacteurs belges

Durant les arrêts planifiés des réacteurs de Doel 3, Doel 4, Tihange 2 et Tihange 3, l’exploitant ENGIE Electrabel a détecté, lors d’inspections, une dégradation du béton dans les bâtiments bunkerisés annexes à ces réacteurs abritant des systèmes de secours de 2ème niveau (dans la partie non-nucléaire de la centrale). Entretemps, Doel 3 a redémarré, et d’ici cette fin d’année le réacteurs de Doel 4 sera rebranché au réseau. La fin des travaux aux réacteurs Tihange 2 et 3 est prévue pour début 2019. Ces évènements n’ont eu aucun impact sur la sûreté, la population, les travailleurs et l’environnement.

Les bâtiments des centrales nucléaires belges où la dégradation du béton a été déterminée abritent les systèmes d'urgence du deuxième niveau de la centrale. Dans le cas très exceptionnel d’un incident, comme par exemple en cas de tremblement de terre, ce Système 2 se met en marche. Le Système 2, qui est le système de back-up, se situe dans un bâtiment séparé en béton armé. Il est situé dans la partie non nucléaire de la centrale. Ce bâtiment, un bunker, résiste à des évènements extrêmes comme la chute d’un avion. Dans d’autres pays, comme en France, ou aux Pays-Bas, un tel système de back-up n’existe pas.

Pourquoi les réacteurs ont-ils été arrêtés ?

Afin de garantir la sûreté nucléaire, le fonctionnement de ces systèmes de secours doit toujours être garanti. C'est pourquoi les bâtiments abritant ces systèmes d'urgence doivent pouvoir résister à tous les événements extérieurs possibles. Avec la dégradation du béton établie, cette résistance à un événement (tel qu'un impact d'avion) pourrait être compromise et par conséquent le fonctionnement de ces systèmes d'urgence ne peut être totalement garanti. Les parties affectées des plafonds de ces salles doivent donc être réparées lors de cet arrêt planifié du réacteur.

Les réacteurs concernés ne peuvent donc être redémarrés que lorsque les analyses montrent que la résistance a été garantie ; et ce après que les réparations nécessaires aient été effectuées. L’AFCN et sa filiale technique Bel V continuent de suivre le dossier avec attention. Ces évènements n’ont eu aucun impact sur la population, les travailleurs et l’environnement.

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