Comment fonctionne une centrale nucléaire ?

Une centrale nucléaire est une énorme usine qui produit de l’électricité à partir d’une source de chaleur, provoquée par une réaction nucléaire. Grâce à la fission des atomes d’uranium, la chaleur dégagée va permettre de transformer l’eau en vapeur et cette vapeur va faire tourner une turbine qui va mettre en mouvement un alternateur. Et « PAF » l’électricité est produite !

Elle est produite en quantité afin d’alimenter toute la France en électricité. C’est comme cela que les lampes s’allument, que la machine se met en route et la télévision en marche ! On serait un peu perdu sans électricité, non ? Finalement, dans la centrale nucléaire, on retrouve le but et le fonctionnement des centrales thermiques et hydrauliques. Facile non ? La grosse différence (parce qu’il y en a une 😉), c’est que dans la centrale nucléaire, l’eau est chauffée grâce à l’énergie produite par la fission nucléaire de l’uranium. Contrairement à la centrale hydraulique  qui fonctionne grâce au mouvement de l’eau et permet de produire de l’énergie sans générer de déchets, la centrale nucléaire fait intervenir l’uranium qui, après fission de son noyau, va être source de déchets radioactifs.

Alors, c’est quoi l’uranium finalement ?

C’est un métal radioactif contenu dans le sous-sol de la terre. Ça veut dire que si je creuse dans mon jardin, je peux en trouver ? Non, le minerai d’uranium se trouve dans des mines. On procède à une phase d’extraction pour le trouver. On en trouve un peu en France, c’est surtout au Niger, au Canada, en Australie, en Russie ou au Kazakhstan que se trouvent les principaux gisements d’uranium.

🚨 Attention, il existe plusieurs sortes d’uranium ! Seul l’uranium 235 est fissile (selon le site laradioactivite.com), c’est-à-dire que son noyau, qui constitue l’essentiel de sa masse, est sécable en deux.

Critère primordial pour que la réaction nucléaire puisse avoir lieu au sein de la centrale nucléaire. C’est cette division en deux du noyau des atomes d’uranium qui va dégager énormément d’énergie sous forme de chaleur.

Allez, c’est le moment de bien fermer sa combinaison blanche, nous allons entrer dans la centrale nucléaire pour en découvrir les fonctionnements. Attention aux poussières de radioactivité ! 😉

Une centrale nucléaire est comparable à une machine à vapeur. L’eau est chauffée grâce à l’énergie libérée par la fission du noyau d’uranium. Cette énergie est tellement importante que l’eau arrive à l’état de vapeur, et entraîne donc toutes les machines nécessaires à fabriquer de l’électricité ! La combinaison des trois circuits d’eau va faire tourner les turbines et c’est ce qui permet de produire de l’électricité. L’union fait la force ! 😉

Extraction de la chaleur dans le circuit primaire

Venez là, près du réacteur, il s’en passe des choses : c’est ici qu’a lieu la fission des noyaux des atomes d’uranium. C’est la clé de voûte d’une centrale nucléaire. Pouvez-vous nous en dire plus sur la fission des atomes d’uranium ? Bien sûr. 😉

Lorsque le noyau d’uranium se fait bombarder par un neutron, il se fragmente. Cette fragmentation s’accompagne de la libération d’autres neutrons, qui vont pouvoir déclencher une réaction en chaîne et fragmenter les noyaux voisins ; ainsi que de la libération d’une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur. Cette chaleur permettra d’augmenter la température de l’eau qui circule tout autour du réacteur. Autour de 320°C.

🚨 Attention, l’eau ne doit pas bouillir, elle est donc maintenue sous pression par un pressuriseur à 155 bars.

Et après, où va-t-on ?

Vers le circuit secondaire de la centrale nucléaire : la vapeur

Le premier arrivé a gagné ! Pour arriver au circuit secondaire, l’eau passe par un générateur de vapeur. Au contact des tubes du générateur de vapeur, dans lequel se trouve l’eau du circuit primaire, l’eau du circuit secondaire se transforme à son tour en vapeur. La vapeur a une forte pression et elle va faire tourner la turbine, qui va elle-même entrainer l’alternateur. Et hop, l’électricité est produite. Magique ! 😉

Énergie nucléaire : direction le circuit de refroidissement !

Grâce à ce dernier circuit, la vapeur du circuit secondaire redevient de l’eau, qui pourra ensuite être retransformée en vapeur et ainsi de suite… Cette vapeur passe d’abord dans un condenseur, un appareil composé de milliers de tubes. Cette fois-ci, dans ces tubes, de l’eau froide circule, provenant d’une source externe, comme l’eau d’un fleuve ou d’une rivière par exemple. Au contact des tubes, la vapeur redevient eau. Celle-ci a vocation à rester dans le circuit secondaire et hop c’est reparti pour un tour ! L’eau du circuit de refroidissement quant à elle retourne à sa source.

Il existe un autre système, plus en adéquation avec les prescriptions environnementales : la tour de refroidissement. Cette tour creuse est à l’origine d’un courant d’air naturel, qui va enlever la chaleur contenue dans l’eau du circuit de refroidissement. Et pschitt, la chaleur est dispersée sous forme de nuage de vapeur d’eau. Pour remplacer cette quantité envolée, la centrale nucléaire puise dans une source externe. Et ce, indéfiniment. L’eau repart pour un cycle.

Et pour les oiseaux ? En soi, la vapeur d’eau n’est pas dangereuse. Seule l’eau du circuit primaire est radioactive, et non l’eau du circuit secondaire ou du circuit de refroidissement.

Finalement, ce n’est pas très sorcier ce fonctionnement ! Il en existe en France des centrales nucléaires ?

Les centrales nucléaires sont arrivées en France à la suite du premier choc pétrolier, en 1974. Nous nous sommes aperçus que nous étions trop dépendants des pays voisins fournisseurs d’hydrocarbures. La France a donc choisi de s’affranchir des hydrocarbures et a mis en place un système de production d’électricité grâce à l’énergie nucléaire.

Aujourd’hui, l’énergie nucléaire est la première source de production et de consommation d’électricité, devant l’énergie hydraulique : 56 réacteurs répartis dans 18 centrales nucléaires (selon le site connaissance des énergies) produisent de l’électricité. D’après les dernières données EDF, le nucléaire produisait 70,6% de l’électricité. Concrètement, la France est dotée de 32 réacteurs de 900 MW, soit l’équivalent de la consommation de 400 000 foyers, de 20 réacteurs de 1300 MW et de 4 réacteurs de 1450 MW.  

En 2019, quatre régions majeures produisaient l’électricité issue de centrales nucléaires : l’Auvergne-Rhône Alpes, le Grand Est, le Centre-Val de Loire et la Normandie. À elles seules, les centrales nucléaires de Bugey, de Cattenom, de Belleville-sur-Loire et de Penly produisaient 80% de la production française d’électricité d’origine nucléaire.

On appelle centrale nucléaire, l’ensemble des installations qui vont produire l’électricité. Les centrales nucléaires sont composées de plusieurs « tranches ». Chaque tranche correspond à une unité de production d’électricité : un réacteur, une turbine et un alternateur. Chaque tranche d’une centrale nucléaire est installée de la même manière et sécurisée identiquement. Vous êtes toujours équipé de votre combinaison de sécurité ? En avant !

Un véritable labyrinthe dans la centrale nucléaire 

La salle de commande d’une centrale nucléaire

Bienvenue dans la salle des commandes ! Chaque tranche en possède une, reliée au réacteur nucléaire. Des opérateurs regroupent les données liées au fonctionnement du réacteur. C’est ici que sont prises les décisions quant à l’augmentation ou la diminution de la puissance du réacteur. Les opérateurs doivent gérer les dysfonctionnements variés et occasionnels du réacteur.

Le bâtiment du réacteur nucléaire

Le bâtiment du réacteur est un autre haut lieu d’une centrale nucléaire. Il est composé d’une enceinte étanche, voire de deux enceintes lorsque le réacteur est un EPR (Réacteur pressurisé européen). Cette enceinte contient la cuve principale qui détient un grand nombre d’éléments : le cœur du réacteur, le pressuriseur (vous savez celui qui empêche l’eau de bouillir), les générateurs de vapeur, le circuit primaire et une partie du circuit secondaire.

Le bâtiment combustible d’une centrale nucléaire

Ça en fait du monde là-dedans ! En plus, le bâtiment du réacteur n’est pas tranquille. Scotché à lui se trouve le bâtiment combustible. À quoi peut-il bien servir celui-là ? Ce n’est ni plus ni moins que le lieu de stockage du combustible nucléaire, l’uranium, avant qu’il ne soit mis dans le cœur du réacteur et une fois qu’il a été utilisé. Il sert un peu de poubelle à déchets nucléaires en fait…

La salle des machines d’une centrale nucléaire

Et la turbine et l’alternateur, ils sont où dans tout ça ? Ils se trouvent dans la salle des machines, avec le condenseur. Non loin de la tour de refroidissement.

Incroyable toute cette structure, avec les bâtiments imbriqués les uns dans les autres ! Quand même, « uranium », « nucléaire », n’est-ce pas un peu dangereux tous ces éléments radioactifs ?

La sécurité d’une centrale nucléaire, c’est un peu comme un confinement

Comme nous ces derniers temps, l’uranium est entièrement « confiné » grâce à cinq barrières de sécurité. Et heureusement, parce que l’uranium est loin d’être un combustible inoffensif ! Avec lui, le masque et de simples mesures barrières ne suffisent pas… Les barrières sont plus costaudes.

Les barrières de sécurité physiques

La cuve et le bâtiment du réacteur forment une double barrière physique : la cuve qui abrite les barres contenant les combustibles est faite d’une paroi en acier, mesurant 25 centimètres d’épaisseur. Ça c’est du solide ! Le bâtiment du réacteur, quant à lui, est composé de deux enceintes : l’une située hors du bâtiment empêchant tout rejet radioactif vers l’extérieur ; l’autre en béton armé qui protège les installations d’un accident provenant de l’extérieur vers l’intérieur (incendie, tremblement de terre, crash d’avion…).

Protéger l’uranium à tout prix

Mmmh, si je compte bien, nous ne sommes qu’à 3 barrières de sécurité ? Bien vu ! Les deux autres barrières sont bien différentes. Elles concernent la protection de l’uranium : il est contenu dans des pastilles en céramique, très résistantes à la chaleur. Ces pastilles sont insérées dans des tubes, comme des crayons, qui sont étanches dans le circuit primaire. Voilà donc la quatrième barrière de sécurité.

Et pour finir, le tout est empilé dans des barres de combustible hermétiques. Et de cinq ! 😉

De nombreux contrôles sont effectués régulièrement sur les différentes tranches afin de s’assurer de la sûreté des installations nucléaires. Rassuré-e ? Pas tout à fait ! Et les dégâts sur l’environnement, on en parle ?

Déchets nucléaires, émissions de gaz à effets de serre, fuites accidentelles radioactives… L’énergie nucléaire semble utile et efficace, pour autant n’est-elle pas dangereuse pour la planète et notre santé ?

Environnement et énergie nucléaire : quels dégâts ?

L’énergie nucléaire possède certes de nombreux avantages, tels que le coût de production, les quantités produites, l’émission minime du gaz à effet de serre. Et les inconvénients, on en parle ? Accidents, déchets radioactifs, rejets radioactifs… On ne peut aborder le fonctionnement d’une centrale nucléaire, sans évoquer les accidents nucléaires.

Les accidents des centrales nucléaires

Comment l’oublier ? En 1986, la centrale nucléaire de Tchernobyl en Ukraine connait un véritable drame. L’augmentation incontrôlée de la puissance du réacteur a conduit à une libération d’énergie tellement importante qu’il s’en est suivi une fusion du cœur du réacteur. Un nuage radioactif se propage sur toute l’Europe provoquant de graves conséquences sur les populations et l’environnement. En mars 2011, rebelote ! Un séisme, suivi d’un tsunami, a mis à mal la centrale de Fukushima au Japon. En cause, selon l’IRSN, « une fusion des cœurs des trois réacteurs nucléaires et la perte de refroidissement de plusieurs piscines d’entreposage de combustibles usés ». Des rejets radioactifs se sont ainsi propagés tout autour de la centrale, les populations locales ont été évacuées et l’environnement contaminé durablement.

Le traitement des déchets nucléaires

Les déchets radioactifs sont au cœur du problème. « Peu nombreux », nous dit-on (0,2% du total des déchets), ils n’en restent pas moins extrêmement dangereux (96% de la radioactivité totale). Les déchets proviennent du cœur du réacteur. Ils sont stockés dans « une piscine » en attendant leur refroidissement complet. La radioactivité des déchets peut durer des années, des milliers d’années, voire des dizaines de milliers d’années. Aïe, ce n’est pas très réjouissant pour l’environnement et les humain-e-s tout ça ! L’uranium est récupéré et les matières non recyclables sont stockées dans des fûts en inox et enterrés. Quand les générations futures vont découvrir ça, cela ne va pas être joli joli…

Réduire la part de l’énergie nucléaire au sein du mix énergétique

L’Allemagne, à la suite de l’accident de Fukushima, avait annoncé sa sortie du nucléaire le plus rapidement possible. En France, qu’en est-il ? Selon les données du ministère de la Transition écologique et solidaire, il est envisagé « la réduction de 75% à 50% du poids du nucléaire dans le mix énergétique ». Est-ce la porte ouverte au développement des énergies renouvelables ? On espère ! 😉

L’objectif du Plan Climat

Par ailleurs, L’objectif du Plan Climat est « d’arriver à porter à 32% la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique d’ici 2030 ». Au programme : de l’éolien et de l’hydroélectricité. Et là, on ne peut que se réjouir !

C’est fini ! Vous pouvez enlever votre combinaison blanche, nous sommes sortis de la centrale nucléaire et la radioactivité n’agit plus. D’ailleurs, d’ici 2035, nous n’en aurons presque plus besoin, puisque les énergies renouvelables vont peu à peu remplacer l’énergie fossile qu’est le nucléaire ! Et vous, vous passez quand à l’électricité verte ?