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Schéma de fonctionnement d’une centrale nucléaire à eau pressurisée. À gauche, le réacteur abrite la cuve contenant le combustible nucléaire (uranium enrichi). Le modérateur (de l’eau) circule, maintenu sous pression grâce au pressuriseur. Les réactions nucléaires sont régulées par les barres de contrôle (si on les descend toutes, les réactions s’arrêtent). Dans un échangeur de chaleur, celle-ci est transmise au caloporteur (de l’eau), qui se transforme en vapeur et va faire tourner une turbine, laquelle actionne un générateur d’électricité. L’eau doit ensuite être refroidie, par exemple avec l’eau d’une rivière pour repartir vers l’échangeur. © Pâris Almageste /Licence Creative Commons
Installation de production d'électricité utilisant l'énergieénergie dite nucléaire, présente dans les noyaux des atomesatomes. Cette énergie provient de la force forteforce forte (une des quatre forces connues, ou interactions, de l'universunivers, avec la gravitégravité, la force électromagnétique et la force faibleforce faible). Cette force assure la cohésion des noyaux des atomes. Deux principes existent pour en récupérer une - petite - partie : la destruction, ou fissionfission d'un noyau lourd (uraniumuranium, plutoniumplutonium), ou la fusionfusion d'un élément très léger (hydrogènehydrogène ou l'un de ses isotopesisotopes, le deutérium ou le tritiumtritium).
La fission est utilisée dans les bombes atomiques (« bombes A ») et dans les centrales nucléaires. La fusion est utilisée dans les bombes à hydrogène (« bombes H »), dites également thermonucléaires. La fusion est aussi à l'origine de la chaleurchaleur des étoilesétoiles et du SoleilSoleil. On cherche à mettre au point son exploitation dans de futures centrales. Le programme Iter (International Thermonuclear Experimental ReactorInternational Thermonuclear Experimental Reactor) fait partie de ces recherches.
Fonctionnement d'une centrale nucélaire
Une centrale nucléaire classique contient un ou plusieurs réacteurs nucléaires, lieu de production de l'énergie, sous forme initiale de chaleur, et un ensemble de systèmes assurant la conversion de cette chaleur en électricité. Dans le réacteur, une fois la réaction initiée, elle s'autoentretient car les noyaux brisés émettent des neutronsneutrons qui brisent les noyaux voisins. C'est la « réaction en chaîneréaction en chaîne », que l'on maîtrise en descendant des barres de contrôle (en métalmétal) qui absorbent une partie des neutrons. La conversion en électricité de la chaleur produite est réalisée de la même manière (sur le principe) que dans une centrale à charbon ou à pétrolepétrole. L'échauffement de l'eau produit de la vapeur qui fait tourner une turbine, laquelle génère de l'électricité.
Le rendement varie entre 30 et 40 %. Les puissances électriques produites sont souvent de l'ordre de 1.000 mégawatts. En France, les unités de production (ou tranches) sont standardisées, produisant 900 MWe (e pour électrique), 1.300 MWe ou 1.450 MWe.
Les centrales se distinguent par de nombreux choix techniques : le combustiblecombustible (uranium naturel ou enrichi, plutonium), le modérateur (le fluide qui entretient la réaction dans le cœur, qui peut être de l'eau ordinaire, de l'eau lourdeeau lourde ou du graphitegraphite), le fluide caloporteurfluide caloporteur (eau, eau pressurisée, eau lourde, gaz carboniquegaz carbonique, sodiumsodium). Le circuit d'eau peut être simple ou double.
Aujourd'hui, la technique la plus utilisée est celle l'eau pressurisée, ou REP (réacteur à eau pressurisée, ou PWR, Pressurized Water Reactor), avec de l'eau sous pressionpression comme modérateur et comme caloporteur. Le combustible est de l'uranium enrichi.
L'ensemble du processus conduit à la production de déchets dont un dixième présente une radioactivité à longue période, ce qui impose un traitement et un stockage complexes.
