Réacteur nucléaire à eau pressurisée

Le réacteur à eau pressurisée ou REP (PWR pour Pressurized Water Reactor en anglais) est une technologie de réacteur nucléaire dite de deuxième génération. C'est la filière de réacteurs nucléaires la plus répandue dans le monde en 2006. Elle est utilisée dans l'immense majorité des navires à propulsion nucléaire et les 58 réacteurs français de puissance en fonctionnement utilisent cette technologie.

Le combustible nucléaire d'un REP est de l'oxyde d'uranium faiblement enrichi : la proportion d'isotope U-235 fissile varie de 3 à 5 % selon les pays. Le combustible se présente sous la forme de pastilles empilées et maintenues dans des gaines en alliage de zirconium qu'on appelle crayon. Les crayons combustibles sont agencés sous forme d'assemblages dont la tenue mécanique est assurée par des grilles. Selon les modèles de REP, on charge entre 120 et 250 assemblages dans la cuve du réacteur.

Dans le circuit primaire, de l'eau ordinaire (par opposition à l'eau lourde D₂O) sous pression est chargée de récupérer la chaleur produite par le cœur : c'est ce fluide caloporteur qui circule au sein des assemblages entre les crayons où se produit la réaction en chaîne. Les produits de la réaction nucléaire (produits de fission et transuraniens) sont confinés avec l'oxyde d'uranium à l'intérieur de la gaine des crayons pour éviter leur dissémination et la contamination du circuit primaire.

L'eau du circuit primaire fait également office de modérateur : elle a la capacité de ralentir ou thermaliser les neutrons de fission.

Comme n'importe quel type de réacteur thermique (nucléaire ou à flamme), un REP est refroidi par une grande quantité d'eau froide pompée dans un fleuve ou une mer. A proximité d'un REP, on trouve aussi parfois une tour de réfrigération pour refroidir et condenser la vapeur à la sortie de la turbine.

Sommaire 1 Fonctionnement 2 Bilan neutronique d'un REP 3 Architecture 3.1 Bâtiment réacteur 3.2 Bâtiment combustible 3.3 Bâtiment des auxiliaires de sauvegarde 4 Différents types de REP 5 Liens externes

Fonctionnement

Le contrôle de la réaction est assuré par la concentration du bore dans l'eau du circuit primaire et par la hauteur des barres de contrôle insérées dans les assemblages combustibles.

Les paramètres typiques de fonctionnement de l'eau du circuit primaire sont :

– pression : 155 bar ;

– température : 300°C ;

– débit : 60 000 m³/h.

Plusieurs générateurs de vapeur situés dans l'enceinte du réacteur transfèrent la chaleur de la chaudière nucléaire (circuit primaire) vers le circuit secondaire comportant la turbine.

En sortie des générateurs de vapeur, la vapeur possède les caractéristiques suivantes :

• pression : 55 bar ;
• température : 270°C ;
• débit : 7000 m³/h.

La vapeur haute pression (HP) est détendue dans le corps HP de la turbine, puis resurchauffée avant de poursuivre sa détente dans le (ou les) corps basse pression (BP). La turbine entraîne un alternateur qui produit l'électricité. Le rendement de conversion de la chaleur en électricité est d'environ 33 %.

À la sortie de la turbine, la vapeur passe dans un condenseur et redevient de l'eau, qui revient dans le générateur de vapeur. Une partie de la chaleur du circuit secondaire est transférée dans un circuit tertiaire. Le circuit tertiaire est :

• soit envoyé dans une tour de réfrigération, où environ 2% de l'eau s'évapore, le reste se condense puis est pompé dans le bassin situé en dessous de la tour. L'eau évaporée est remplacée par de l'eau venant d'un fleuve.
• soit déversé dans un fleuve ou dans la mer, ce qui augmente sa température au moins localement.

L'eau qui sert au refroidissement du réacteur est pompée plus en amont dans le fleuve ou dans la mer.

Bilan neutronique d'un REP

On suppose que le seul matériau fissile est ²³⁵U. Les nombres indiqués sont des ordres de grandeur. 100 fissions d'uranium 235 libèrent en moyenne 250 neutrons, qui donnent lieu aux réactions suivantes :

• 100 neutrons provoquent 100 nouvelles fissions, entretenant ainsi la réaction en chaîne, et consommant 100 noyaux du matériau fissile ;
• 70 neutrons subissent des captures fertiles par 70 noyaux du matériau fertile ²³⁸U, les transformant en autant de noyaux fissiles de ²³⁹Pu ;
• 75 neutrons subissent des captures stériles, soit par des noyaux fissiles (30 neutrons) soit par des noyaux du réfrigérant, des structures du cœur, des éléments de contrôle ou des produits de fission ;
• 5 neutrons fuient hors du cœur (pour être capturés par des protections neutroniques).

Architecture

Une centrale nucléaire équipée de REP est organisée autour de plusieurs bâtiments.

Bâtiment réacteur

L'enceinte, formée d'une double paroi de béton, est hermétiquement fermée lors du fonctionnement (taux de fuite <1,5%). Elle constitue la troisième barrière de confinement de la matière radioactive, après la gaine de zirconium et le circuit primaire.

Bâtiment combustible

Accolé au bâtiment réacteur, il sert essentiellement de sas d'accès pour le combustible.

La partie principale de ce bâtiment est la piscine de désactivation.

C'est dans celle-ci que l'on entrepose le combustible neuf avant un arrêt de tranche et le combustible usé avant son évacuation. Une règle à ne jamais enfreindre est de laisser quoi qu'il arrive toujours assez de place dans cette piscine pour stocker tout le combustible contenu dans le cœur (en cas de problème ou d'accident).

L'eau de la piscine est appelée eau pure. C'est-à-dire qu'elle ne contient strictement aucune impureté. Pour preuve, les contacts électriques des lampes immergées dedans ne sont pas isolés (aucun court-circuit).

Bâtiment des auxiliaires de sauvegarde

Ce bâtiment abrite notamment l'alimentation de secours des générateurs (ou ASG). Ce système permet d'alimenter en eau les générateurs de vapeurs après l'arrêt de la turbine et des pompes d'alimentation normale.

Ce bâtiment est aussi appelé (BUS) Bâtiment Ultime Secours. Il est bunkerisé pour éviter qu'il puisse y avoir une intrusion malsaine.

Ce bâtiment sert à arrêter la centrale en toute sécurité en cas d'accident ou de problème grave. Pour ce faire, il dispose d'une mini salle de commande dans laquelle sont repris tous les organes importants pour la sûreté nécessaire à l'arrêt.

Le BUS n'a besoin d'aucune source d'énergie extérieure pour cela. Il dispose d'un groupe diesel d'ultime secours (GDU) qui va permettre de l'alimenter durant ses manœuvres. Il y a aussi une citerne d'eau à très forte concentration en bore à l'intérieur.

Tout est redondant à l'intérieur (exemple: Plusieurs pompes qui ont la même fonction).

On peut aisément comprendre qu'il est le cœur de la centrale.

Différents types de REP

• WWER (réacteur russe)
• EPR (réacteur européen en projet)

Liens externes

• Centrales nucléaires à eau pressurisée (REP)

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