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Les centrales nucléaires sont-elles sûres ? Comment elles fonctionnent et comment elles sont construites.
Les centrales nucléaires sont-elles sûres ? Comment elles fonctionnent et comment elles sont construites.
Le développement technologique a permis au fil des années d’acquérir des connaissances sur des principes physiques extraordinaires tels que la découverte des rayons X qui a révolutionné la médecine, le travail de Newton qui a permis à Einstein de travailler sur la théorie de la relativité, ou encore la découverte de l’atome qui a conduit à la fission nucléaire.
Tous ces accomplissements ont toujours divisé l’opinion de la communauté scientifique, qui considérait ces découvertes comme magnifiques mais potentiellement dangereuses à certains égards.
La société du 21e siècle se questionne depuis de nombreuses années sur une découverte qui a révolutionné le monde : nous parlons de l’énergie nucléaire !
L’énergie nucléaire, ou atomique, est l’énergie obtenue à partir des réactions nucléaires et de la désintégration radioactive sous forme d’énergie cinétique, et est utilisée par de nombreuses technologies, telles que les centrales nucléaires pour obtenir de l’électricité. En 2020, l’énergie nucléaire ne représentait que 10 % de la production mondiale d’électricité, bien qu’elle soit l’une des sources d’énergie les plus sûres en termes de décès par unité d’énergie produite. Mais pourquoi l’opinion publique est-elle réticente à utiliser cette technologie ?
Découvrons ensemble comment fonctionne une centrale nucléaire et voyons en détail chaque étape.
Les centrales nucléaires sont des structures imposantes et très complexes, utilisées comme centrales électriques, et produisent de l’énergie grâce à la fission nucléaire.
La fission nucléaire est une réaction dans laquelle le noyau d’un élément lourd se désintègre en émettant une grande quantité d’énergie ; la réaction se produit lorsqu’un noyau de métal lourd, tel que l’uranium 235, est bombardé, c’est-à-dire frappé, par un neutron qui brise le noyau, libérant trois nouveaux neutrons et de l’énergie. L’un de ces neutrons est absorbé par un autre noyau d’uranium 238 et est perdu dans le bilan, un deuxième neutron peut s’échapper du système, tandis que le troisième neutron frappe un autre noyau d’uranium 235, qui se brise en libérant d’autres neutrons, qui à leur tour frapperont d’autres noyaux d’uranium 235, créant ainsi une réaction en chaîne.
Cette réaction est la base du réacteur nucléaire, qui gère de manière contrôlée la désintégration du matériau lourd.
Voyons maintenant comment est structurée et comment fonctionne une centrale nucléaire !
L’installation est principalement divisée en deux îlots : le premier est appelé îlot nucléaire, le bâtiment qui contient le réacteur, tandis que le second est appelé îlot conventionnel, qui gère l’énergie nucléaire obtenue pour la transformer en électricité.
Tous ces accomplissements ont toujours divisé l’opinion de la communauté scientifique, qui considérait ces découvertes comme magnifiques mais potentiellement dangereuses à certains égards.
La société du 21e siècle se questionne depuis de nombreuses années sur une découverte qui a révolutionné le monde : nous parlons de l’énergie nucléaire !
L’énergie nucléaire, ou atomique, est l’énergie obtenue à partir des réactions nucléaires et de la désintégration radioactive sous forme d’énergie cinétique, et est utilisée par de nombreuses technologies, telles que les centrales nucléaires pour obtenir de l’électricité. En 2020, l’énergie nucléaire ne représentait que 10 % de la production mondiale d’électricité, bien qu’elle soit l’une des sources d’énergie les plus sûres en termes de décès par unité d’énergie produite. Mais pourquoi l’opinion publique est-elle réticente à utiliser cette technologie ?
Découvrons ensemble comment fonctionne une centrale nucléaire et voyons en détail chaque étape.
Les centrales nucléaires sont des structures imposantes et très complexes, utilisées comme centrales électriques, et produisent de l’énergie grâce à la fission nucléaire.
La fission nucléaire est une réaction dans laquelle le noyau d’un élément lourd se désintègre en émettant une grande quantité d’énergie ; la réaction se produit lorsqu’un noyau de métal lourd, tel que l’uranium 235, est bombardé, c’est-à-dire frappé, par un neutron qui brise le noyau, libérant trois nouveaux neutrons et de l’énergie. L’un de ces neutrons est absorbé par un autre noyau d’uranium 238 et est perdu dans le bilan, un deuxième neutron peut s’échapper du système, tandis que le troisième neutron frappe un autre noyau d’uranium 235, qui se brise en libérant d’autres neutrons, qui à leur tour frapperont d’autres noyaux d’uranium 235, créant ainsi une réaction en chaîne.
Cette réaction est la base du réacteur nucléaire, qui gère de manière contrôlée la désintégration du matériau lourd.
Voyons maintenant comment est structurée et comment fonctionne une centrale nucléaire !
L’installation est principalement divisée en deux îlots : le premier est appelé îlot nucléaire, le bâtiment qui contient le réacteur, tandis que le second est appelé îlot conventionnel, qui gère l’énergie nucléaire obtenue pour la transformer en électricité.
L’îlot nucléaire se présente extérieurement comme un grand bloc de béton, pour isoler le réacteur qui se trouve au centre de la structure. Dans le réacteur, on trouve le cœur ou le noyau composé de matériau fissile, généralement un mélange d’uranium 238 et d’uranium 235. Un modérateur, généralement de l’eau lourde ou du graphite, est utilisé pour ralentir les neutrons générés, augmentant ainsi la probabilité de fission.
Il y a aussi des barres de contrôle en métal dans le réacteur, qui sont utilisées pour capturer les neutrons en excès, et sont insérées dans le cœur pour modérer la puissance de la réaction, et si nécessaire, pour arrêter le processus en cas de criticité. Si la réaction atteignait un niveau critique, elle libérerait une énorme quantité d’énergie qui entraînerait la fusion du cœur, détruisant les parois de confinement et dispersant des matériaux radioactifs dans l’environnement. Les fragments de la réaction ralentissant produisent de la chaleur qui est capturée par un liquide caloporteur entourant le cœur d’uranium. Pour faire simple, le liquide caloporteur agit de la même manière que l’eau chaude dans un système de chauffage à radiateurs, où l’eau transporte la chaleur générée par la chaudière vers divers points de la pièce. Le liquide caloporteur comprimé qui atteint le cœur a une température de 290 °C, et atteint 320 °C sous une pression de 15 MPa pour éviter qu’il ne bouille.
Le liquide chauffé passe à travers un générateur de vapeur, dans lequel une vapeur saturée humide est produite, à ce stade, elle passe à travers un séparateur d’humidité qui la transforme en vapeur saturée sèche, et à l’aide d’un système de conducteurs, elle est transportée vers une turbine à vapeur située dans l’îlot conventionnel à une température finale de 290 °C sous une pression de 5 MPa. Un pressuriseur est utilisé pour maintenir la pression stable. La turbine est une machine motrice qui utilise l’énergie thermique de la vapeur, la convertissant en travail mécanique. La turbine, à son tour, avec l’énergie convertie, actionne un alternateur utilisé pour produire de l’électricité ; le même principe est utilisé dans les centrales à combustibles les plus courantes, ainsi que dans les centrales hydroélectriques ou les parcs éoliens.
Comme nous avons pu le constater, tout le processus génère de grandes quantités de vapeur, qui doivent être gérées une fois qu’elles sortent de la turbine ; en la refroidissant, la vapeur redevient liquide et peut être réutilisée dans le processus. Un condenseur est placé sous la turbine pour refroidir la vapeur et grâce à un liquide de refroidissement, elle est transformée en eau. La masse d’eau qui sort du condenseur a une température très élevée, et ne peut pas être rejetée dans le bassin d’origine, sinon elle endommagerait l’écosystème ; c’est pourquoi il est préférable de construire des centrales nucléaires à proximité d’une rivière, d’un lac ou sur le bord de la mer, qui, grâce à leurs grandes masses d’eau, parviennent à abaisser la température de l’eau du condenseur progressivement sans causer de dégâts. Pour les centrales situées à l’intérieur des terres, un circuit de refroidissement fermé est nécessaire ; le système le plus utilisé est celui des tours de refroidissement à circulation naturelle ou forcée, avec l’aide de grands ventilateurs.
Il y a aussi des barres de contrôle en métal dans le réacteur, qui sont utilisées pour capturer les neutrons en excès, et sont insérées dans le cœur pour modérer la puissance de la réaction, et si nécessaire, pour arrêter le processus en cas de criticité. Si la réaction atteignait un niveau critique, elle libérerait une énorme quantité d’énergie qui entraînerait la fusion du cœur, détruisant les parois de confinement et dispersant des matériaux radioactifs dans l’environnement. Les fragments de la réaction ralentissant produisent de la chaleur qui est capturée par un liquide caloporteur entourant le cœur d’uranium. Pour faire simple, le liquide caloporteur agit de la même manière que l’eau chaude dans un système de chauffage à radiateurs, où l’eau transporte la chaleur générée par la chaudière vers divers points de la pièce. Le liquide caloporteur comprimé qui atteint le cœur a une température de 290 °C, et atteint 320 °C sous une pression de 15 MPa pour éviter qu’il ne bouille.
Le liquide chauffé passe à travers un générateur de vapeur, dans lequel une vapeur saturée humide est produite, à ce stade, elle passe à travers un séparateur d’humidité qui la transforme en vapeur saturée sèche, et à l’aide d’un système de conducteurs, elle est transportée vers une turbine à vapeur située dans l’îlot conventionnel à une température finale de 290 °C sous une pression de 5 MPa. Un pressuriseur est utilisé pour maintenir la pression stable. La turbine est une machine motrice qui utilise l’énergie thermique de la vapeur, la convertissant en travail mécanique. La turbine, à son tour, avec l’énergie convertie, actionne un alternateur utilisé pour produire de l’électricité ; le même principe est utilisé dans les centrales à combustibles les plus courantes, ainsi que dans les centrales hydroélectriques ou les parcs éoliens.
Comme nous avons pu le constater, tout le processus génère de grandes quantités de vapeur, qui doivent être gérées une fois qu’elles sortent de la turbine ; en la refroidissant, la vapeur redevient liquide et peut être réutilisée dans le processus. Un condenseur est placé sous la turbine pour refroidir la vapeur et grâce à un liquide de refroidissement, elle est transformée en eau. La masse d’eau qui sort du condenseur a une température très élevée, et ne peut pas être rejetée dans le bassin d’origine, sinon elle endommagerait l’écosystème ; c’est pourquoi il est préférable de construire des centrales nucléaires à proximité d’une rivière, d’un lac ou sur le bord de la mer, qui, grâce à leurs grandes masses d’eau, parviennent à abaisser la température de l’eau du condenseur progressivement sans causer de dégâts. Pour les centrales situées à l’intérieur des terres, un circuit de refroidissement fermé est nécessaire ; le système le plus utilisé est celui des tours de refroidissement à circulation naturelle ou forcée, avec l’aide de grands ventilateurs.