1.

Présentation

nucléaire, centrale, ensemble des installations d’une usine produisant de l’électricité à partir d’énergie nucléaire.

L’énergie électrique est obtenue par transformation de la chaleur dégagée lors de la fission du combustible nucléaire constitué de noyaux lourds, tels que ceux de l’uranium-235.

2.

Éléments fonctionnels d’une centrale nucléaire

Une centrale nucléaire se compose de trois unités principales : le réacteur — au cœur duquel se déroulent les fissions nucléaires — et les échangeurs de chaleur (ou générateurs de vapeur), dans lesquels la chaleur produite par le réacteur est transformée en vapeur ; le groupe turboalternateur, où la vapeur subit une détente dans les parties à haute, moyenne et basse pression ; le condenseur — parcouru par des tuyaux contenant de l’eau très froide —, qui condense la vapeur. Cette dernière est ensuite entraînée par la pompe d’alimentation qui la comprime à la pression voulue, puis est introduite dans la chaudière nucléaire.

3.

Cycle du combustible nucléaire

Pour un réacteur à eau pressurisée, le cycle du combustible nucléaire comprend les étapes suivantes : préparation des matières premières dans les mines, transformation du combustible dans le réacteur, puis retraitement et stockage des produits usés. L’uranium naturel, contenant 0,7 p. 100 d’uranium-235, est obtenu à partir d’un minerai qui est concentré par broyage, puis envoyé dans une usine de transformation où il est converti en hexafluorure d’uranium (UF₆). Ce gaz est enrichi à environ 3 p. 100 (d’uranium-235), transformé en poudre d’oxyde d’uranium puis en pastilles de céramique d’oxyde. Ces pastilles sont alors placées dans des barreaux résistant à la corrosion ; ceux-ci sont assemblés en éléments de combustible, puis expédiés vers la centrale nucléaire.

Un réacteur à eau pressurisée typique (900 MW) utilise environ 200 éléments de combustible, dont le tiers est remplacé chaque année du fait de l’épuisement de l’uranium-235 et de la formation de produits de fission qui absorbent les neutrons. À la fin de son cycle de vie, le combustible — contenant alors des produits de fission — est extrêmement radioactif ; il émet donc une quantité considérable d’énergie résiduelle. Le combustible déchargé est placé pendant au moins un an dans des piscines de stockage contenant de l’eau. À la fin de la période de refroidissement, les éléments de combustible épuisé sont expédiés dans des conteneurs étanches, soit vers des installations de stockage définitif, soit vers une usine de retraitement chimique, telle que l’usine Cogema de la Hague. Dans ces usines, l’uranium inutilisé et le plutonium produit dans le réacteur sont récupérés et recyclés en nouveaux éléments combustibles, alors que les déchets radioactifs subissent une série d’opérations mécaniques et chimiques avant d’être stockés.

Le combustible épuisé contient encore la quasi-totalité de l’uranium-238 initial, environ le tiers de l’uranium-235 et une faible quantité du plutonium produit dans le réacteur. Lorsque le combustible épuisé est destiné à un stockage définitif, ce potentiel d’énergie n’est pas utilisé. En revanche, lorsque le combustible est retraité, l’uranium est recyclé dans une usine d’enrichissement par diffusion et le plutonium-239 récupéré peut être utilisé à la place de l’uranium-235 dans les nouveaux éléments de combustible.

Dans le cycle du combustible des surgénérateurs, le plutonium produit dans le réacteur est toujours recyclé pour être utilisé dans un nouveau combustible. La matière première de l’usine de fabrication des éléments de combustible est constituée d’uranium-238 recyclé, d’uranium appauvri provenant de l’usine de séparation isotopique et, en partie, de plutonium-239 récupéré. Les réserves actuelles d’uranium sont suffisantes pour alimenter les surgénérateurs pendant plusieurs siècles. Comme le surgénérateur produit plus de plutonium-239 qu’il n’en consomme, environ 20 p. 100 du plutonium récupéré sont stockés pour le démarrage de nouveaux surgénérateurs.

Le stade final du cycle de tous les combustibles nucléaires est le stockage à long terme des déchets hautement radioactifs qui sont nocifs pendant des milliers d’années. Ces déchets sont vitrifiés, puis conditionnés dans des fûts en acier inoxydable qui sont stockés dans de profondes galeries souterraines.

4.

Sûreté nucléaire

Aujourd'hui, la peur de l'arme nucléaire symbolisée par Hiroshima a cédé sa place à la peur de l'énergie électrique d’origine nucléaire. L’inquiétude du public envers le nucléaire civil a pris une nouvelle dimension suite à la catastrophe de la centrale de Tchernobyl en 1986. Dès lors, le débat s’est focalisé sur deux aspects importants : d’une part, les différentes étapes du cycle du combustible nucléaire, et particulièrement la gestion des déchets nucléaires dont la période radioactive peut atteindre plusieurs millions d'années ; d’autre part, les combustibles nucléaires à base d’uranium-235 et de plutonium-239 qui sont utilisés dans la fabrication des armes nucléaires, dont la puissance effrayante n’est plus à démontrer.

1.

Radioprotection et risques radiologiques

Les composés radioactifs émettent des rayonnements ionisants qui pénètrent dans les tissus organiques et les endommagent (voir radiations, effets biologiques des). L’unité de mesure des doses radioactives reçues par un être humain est le millisievert (mSv). Les mesures des quantités de radiations absorbées par le corps sont corrigées selon leur nature, laquelle conditionne leurs effets.

Les normes de radioprotection en France sont définies par la Communauté européenne de l'énergie atomique (Euratom) sur les avis et recommandations de la Commission internationale de protection radiologique (CIPR). Ces normes, appliquées par l'Office de protection contre les rayonnements ionisants (OPRI), sont de 5 mSv (dose équivalente annuelle) pour le public et de 50 mSv (dose équivalente annuelle) pour les travailleurs de l’industrie nucléaire et des industries utilisant des sources de rayonnements ionisants (chercheurs, personnel médical des services de médecine nucléaire, etc.). À titre de repère, les doses de l’ordre de 2 000 mSv sont considérées comme graves et nécessitent un traitement en milieu hospitalier ; une dose de 5 000 mSv (5 Sv) peut être mortelle.

Les risques radiologiques peuvent provenir des différents stades du cycle du combustible nucléaire. Le radon, gaz radioactif, est un polluant de l’air courant dans les mines souterraines d’uranium. Les activités minières et de broyage du minerai produisent une grande quantité de déchets qui restent à ciel ouvert et qui contiennent encore de petites concentrations d’uranium. Ces déchets doivent être confinés dans des bassins étanches et recouverts d’une épaisse couche de terre pour éviter qu’ils ne contaminent la biosphère.

Les usines d’enrichissement d’uranium et de fabrication du combustible contiennent de grandes quantités d’hexafluorure d’uranium, qui est un gaz corrosif. Le risque est cependant faible et les précautions habituelles observées avec un produit présentant un risque chimique classique sont suffisantes pour assurer la sécurité des techniciens.

2.

Systèmes de sécurité des réacteurs

La sûreté nucléaire des centrales repose sur une série de lignes de défense qui garantissent la sûreté de la conception de l’installation, la sûreté de son exploitation et la sûreté en cas d’incident ou d’accident grave (situations simulées). La sécurité du réacteur reçoit une attention toute particulière. Malgré tout, pendant le fonctionnement d’un réacteur, une petite fraction des effluents radioactifs est inévitablement relâchée. La dose reçue par la population vivant près d’un site nucléaire représente en général un faible pourcentage de celle qui correspond à la radioactivité naturelle. Les grandes préoccupations concernent en fait les fuites radioactives provoquées par des accidents au cours desquels le combustible est détérioré et les systèmes de sécurité ne fonctionnent pas correctement. Le principal danger est une dégradation plus ou moins poussée du combustible qui peut aller jusqu’à sa fusion. Les produits de fission circulent alors dans le réfrigérant et, si le circuit de refroidissement est défaillant, les produits de fission pénètrent dans le bâtiment du réacteur.

Le fonctionnement d’un réacteur repose sur une instrumentation de contrôles-commandes des systèmes de sécurité élaborés devant conduire à son arrêt lors de circonstances anormales. La conception des réacteurs à eau pressurisée comprend un système de sécurité supplémentaire consistant en une injection de bore dans le liquide de refroidissement afin d’absorber les neutrons et d’arrêter une éventuelle réaction en chaîne. Les réacteurs à eau légère fonctionnent sous pression élevée de réfrigérant. Dans le cas d’une rupture de canalisation importante, le réfrigérant s’échapperait brutalement sous forme de vapeur et le cœur ne serait plus refroidi normalement. Pour faire face à ce danger éventuel, des systèmes de refroidissement d’urgence sont déclenchés automatiquement par la perte de pression du réfrigérant primaire. Dans le cas d’une fuite de vapeur dans l’enceinte de confinement, provoquée par une rupture du circuit du réfrigérant primaire, des refroidissements par arrosage sont déclenchés pour condenser la vapeur et éviter une augmentation dangereuse de la pression dans l’enceinte.

3.

Tchernobyl

Le 26 avril 1986, l'un des quatre réacteurs de la centrale nucléaire de Tchernobyl explose, provoquant la plus grande catastrophe de l'histoire du nucléaire civil. D’après le rapport officiel publié en août, l’accident a été provoqué par des essais non autorisés. Le réacteur n’a pu être contrôlé ; il y a eu deux explosions, le couvercle du réacteur a été soufflé et le cœur s’est enflammé en brûlant à des températures de l’ordre de 1 500 °C. Environ 135 000 personnes ont été évacuées dans un rayon de 30 km autour de la centrale. Plus de trente techniciens de la centrale et sauveteurs qui sont intervenus sur le site pendant l’accident sont morts.

Les conséquences de cet accident nucléaire sont multiples, terrifiantes et toujours d'actualité. En effet, les retombées radioactives du nuage radioactif créé suite à l'explosion du réacteur ont touché un très large périmètre, principalement l'Ukraine et la Biélorussie, mais aussi la Finlande, la Scandinavie, la Pologne, l'Allemagne, la France et l'Italie. Les effets biologiques et génétiques engendrés par les retombées radioactives sont terrifiants et bien connus à Nagasaki et Hiroshima. Des milliers de personnes décéderont prématurément de divers cancers, notamment celui de la thyroïde. Par ailleurs, les retombées radioactives entraînent des conséquences écologiques et économiques catastrophiques, notamment en Ukraine et en Biélorussie où la dégradation des sols a considérablement réduit l'activité de l'agriculture. En outre, il n'est pas exclu que la catastrophe de Tchernobyl n'ait pas eu de répercussions sur la couche d'ozone.

À l'origine de l'explosion, une erreur humaine certes, mais surtout une erreur matérielle : la centrale nucléaire de Tchernobyl était équipée d'un réacteur RBMK, réacteur très courant dans les pays d'Europe de l'Est, qui présente non seulement des risques intrinsèques liés à son mode de fonctionnement, mais également très peu de systèmes de sécurité supplémentaires, contrairement aux centrales occidentales à eau pressurisée (PWR). De plus, le réacteur de Tchernobyl n’avait pas de bâtiment de confinement. Une telle structure aurait empêché les produits radioactifs de s’échapper du site. Une fois les opérations de secours terminées, le réacteur a été recouvert de béton. En 1988 cependant, les trois autres réacteurs de Tchernobyl étaient de nouveau en fonctionnement. Enfin, l'arrêt définitif et symbolique de la centrale de Tchernobyl a été signé le 15 décembre 2000.

4.

Retraitement du combustible

Le stade de retraitement du combustible comporte plusieurs risques radiologiques. L’un de ceux-ci correspond à l’échappement de produits de fission si une fuite devait se produire sur l’installation chimique et le bâtiment qui l’entoure ; un autre est lié au faible échappement régulier de gaz radioactifs inertes comme le xénon et le krypton. Le retraitement est effectué principalement en France (Cogema) et au Royaume-Uni (British Nuclear Fuels Limited). Le Japon dispose également d’une usine pilote de retraitement nucléaire à Tokai-Mura, mais celle-ci a été arrêtée à la suite d’un grave accident survenu le 11 mars 1997 ; elle pourrait cependant reprendre prochainement du service.

Par ailleurs, la séparation du plutonium-239 par le retraitement chimique soulève des inquiétudes, car ce composé peut être utilisé pour la fabrication d’armes nucléaires. Des mesures de sécurité améliorées et une inspection accrue de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) présentent les meilleures garanties contre le risque de détournement du plutonium.

5.

Gestion des déchets

Le dernier stade du cycle nucléaire, la gestion des déchets, demeure l’un des sujets les plus controversés. La question principale n’est pas, dans ce cas, le danger actuel, mais celui causé pour les générations futures, car beaucoup de déchets nucléaires restent radioactifs pendant des milliers d’années. La technologie de préparation et d’emballage des déchets est relativement sûre. Les difficultés proviennent du choix des lieux de stockage et de la façon de stocker les déchets. Un stockage définitif, mais potentiellement accessible, dans des formations géologiques stables, semble être la meilleure solution.

Voir aussi électricité, production et distribution de l’ ; nucléaire, chimie ; thermonucléaire, énergie.