réacteur nucléaire

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Présentation

réacteur nucléaire, partie d’une centrale nucléaire où se déroulent les réactions de fission nucléaire, ainsi que l’extraction de la chaleur produite par celles-ci.

Cette chaleur est transportée par le fluide caloporteur du circuit primaire qui circule entre les barres de combustible situées dans le cœur du réacteur. Elle est cédée au circuit secondaire par l’intermédiaire de générateurs de vapeur. La pression de cette vapeur permet l’entraînement de la turbine à laquelle est couplé le groupe turboalternateur qui génère l’électricité. Les groupes turboalternateurs, situés à l’extérieur de la chaudière nucléaire, sont communs à toutes les centrales thermiques — nucléaires et classiques.

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Historique du parc électronucléaire français

Le premier réacteur nucléaire a été construit aux États-Unis en 1942 par Enrico Fermi. En France, le premier réacteur expérimental, appelé Zoé, a fonctionné pour la première fois en 1948. En 1953, sa puissance était de 150 kW. Dix ans plus tard, les premiers réacteurs de la filière UNGG (Uranium Naturel-Graphite-Gaz), de puissance dite commerciale, sont mis en service, amorçant ainsi l’indépendance énergétique de la France. À la suite du choc pétrolier de 1973, le gouvernement français met en place une politique énergétique fondée sur le développement massif de centrales nucléaires. Au début du xxi^e siècle, la France est le pays qui assure la part la plus élevée de sa production électrique nationale via le nucléaire (78 p. 100). Elle utilise pour cela 58 réacteurs de la filière la plus répandue au monde, c’est-à-dire du type à eau pressurisée — REP (réacteur à eau pressurisée) ou PWR (Pressurized Water Reactor). Ces réacteurs, construits en séries standardisées, sont de trois puissances différentes : 34 tranches de 900 MW, 20 tranches de 1 300 MW et 4 tranches de 1 450 MW (réacteurs de type N4, mis en service dans les années 1990). En outre, ce parc électronucléaire comprend deux réacteurs à neutrons rapides (RNR) : les surgénérateurs Phénix et Superphénix.

En 2004, la France réaffirme sa politique énergétique basée sur le nucléaire en décidant la construction d’un nouveau type de réacteur nucléaire, dit de troisième génération : l’EPR (European Pressurized Water Reactor). Implanté sur le site nucléaire de Flamanville (Normandie), l’EPR est un réacteur d’une puissance de 1 600 MW, qui présente des caractéristiques de sûreté accrues et une consommation d’uranium plus faible (15 p. 100 en moins) que les REP actuels. En fonction des résultats de ce prototype, une production en séries d’EPR est envisagée pour renouveler à terme l’ensemble du parc électronucléaire français.

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Fonctionnement d’un réacteur

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Constituants

Un réacteur contient généralement trois composés spécifiques : le combustible nucléaire ; le modérateur, fluide qui ralentit les neutrons par collisions élastiques, en les capturant le moins possible, favorisant ainsi les fissions ; le fluide réfrigérant, appelé caloporteur, qui extrait la chaleur produite par les fissions.

Le modérateur est constitué d’atomes légers, ce qui permet un transfert d’énergie maximal entre le neutron et ce composé. L’hydrogène de l’eau ordinaire est un modérateur efficace, mais il capture les neutrons. L’eau ordinaire est un modérateur adapté aux réacteurs utilisant comme combustible de l’uranium naturel légèrement enrichi en uranium-235 (²³⁵U). On peut également utiliser le deutérium (isotope de l’hydrogène) comme modérateur : il ralentit moins les neutrons, mais en capture également moins. L’eau lourde, constituée de deutérium (également appelé hydrogène lourd) est un modérateur qui convient parfaitement pour les réacteurs à uranium naturel. Le carbone a une faible section efficace de capture ; on s’en sert comme modérateur dans les réacteurs UNGG (Uranium Naturel-Graphite-Gaz), où le caloporteur est le gaz carbonique. Les réacteurs à neutrons rapides ne contiennent pas de modérateur, les fissions étant engendrées par des neutrons à grande vitesse.

Le cœur de la plupart des réacteurs est constitué de cellules carrées ou hexagonales, similaires les unes aux autres, composées du combustible, du modérateur et du fluide caloporteur ; leur séparation est assurée par des barrières d’assemblage, protégeant contre les agressions chimiques et évitant la fuite du combustible.

3.2

Puissance

La puissance d’un réacteur nucléaire est proportionnelle au nombre de fissions par unité de temps qui s’y produisent. Le temps de vie moyen des neutrons, correspondant à l’intervalle entre deux générations de neutrons, est le paramètre essentiel de la cinétique du réacteur. Pour les dispositifs à eau ordinaire, il est égal à 2,5 × 10^-5 s. Les neutrons retardés sont émis environ 10 secondes après les premiers. C’est grâce aux neutrons retardés qu’il est possible de piloter un réacteur nucléaire.