CHAP 4 CENTRALES THERMIQUES NUCLEAIRES IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX (2023-10-18) - Filigra

ENERGIE ELECTRIQUE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 4 : CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES NUCLAIRES ET IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
1
Support de cours
Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL/CERME (UL)
CHAPITRE 4 :
CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES NUCLAIRES ET
IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
4.1. PRINCIPES D’UNE CENTRALE NUCLEAIRE
Dans une centrale nucléaire on a remplacé les brûleurs de combustibles, charbon ou fuel-oil par
un réacteur (voir Figure 4.1).
Fig. 4.1 : Principe d’une centrale nucléaire
A l’intérieur du réacteur, l’uranium 235 est le siège d’une réaction nucléaire qui produit une grande
quantité de chaleur. Cette chaleur est continuellement évacuée hors du réacteur vers un échangeur
de chaleur, grâce à un fluide dit caloporteur.
L’échangeur transfère la chaleur qui lui vient du réacteur à un circuit eau-vapeur analogue à celui
d’une centrale thermique classique. La vapeur produite sous forte pression entraîne un groupe
turbo-alternateur, puis se condense dans un condenseur et est ensuite réinjectée dans l’échangeur.
4.2. REACTION NUCLEAIRE
La production de chaleur dans une centrale thermique nucléaire est réalisée par fission nucléaire
de l’uranium 235.
4.2.1. Principe
Lorsqu’un neutron entre en collision avec le noyau d’un atome d’uranium, ce noyau s’étire puis se
rompt brutalement en libérant plusieurs neutrons qui, à leur tour, peuvent provoquer de nouvelles
fissions. C’est ce que l’on appelle une réaction en chaîne (Figure 4.2).

ENERGIE ELECTRIQUE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 4 : CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES NUCLAIRES ET IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
2
Support de cours
Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL/CERME (UL)
Fig. 4.2 : Principe de la fission nucléaire
4.2.2. L’uranium
L’uranium 235 et l’uranium 238 sont des isotopes qui composent l’uranium naturel ; ce dernier se
compose de (Figure 6.3) :
• 0,7 % d’uranium 235,
• 99,3 % d’uranium238.
Seul l’uranium 235 est fissile.
Fig. 4.3 : Présence d’uranium dans la nature
L’atome d’uranium comporte un noyau formé de protons (charge +) et de neutrons électriquement
neutre ; un ensemble d’électrons gravitent autour du noyau.
neutronsprotonsUranium 14392235 +=
(4.1)
neutronsprotonsUranium 14692238 +=
(4.2)
4.2.3. Contrôle de la réaction
Chaque fission s’accompagne d’un dégagement important de chaleur. Le contrôle de la réaction
de fission s’effectue à l’aide de barres de contrôle, en Bore ou en Cadmium qui sont des matériaux
avides de neutrons (Figure 4.4).
Uranium 238 (99,3 %)
Uranium 235 (0,7 %)
Uranium naturel

ENERGIE ELECTRIQUE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 4 : CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES NUCLAIRES ET IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
3
Support de cours
Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL/CERME (UL)
Fig. 4.4 : Contrôle de la réaction de fission
Lorsque les barres sont enfoncées, elles absorbent tous les neutrons ; si l’on relève les barres, la réaction
en chaîne s’amorce et se maintient. En réalité, au démarrage de la réaction, il faut provoquer la
radioactivité du cœur du réacteur avec du béryllium, pour obtenir un flux de neutrons suffisant.
Un corps radioactif est caractérisé par la nature de son rayonnement (α, β, γ) et par sa période de
désignation ; pour l’uranium, la période est de l’ordre de 700 ans. Selon les matériaux, la période
varie de quelques secondes à 14 milliards d’années.
4.3. DIFFERENTES CENTRALES NUCLEAIRES
Quel que soit le modèle de la centrale, on trouve toujours :
• un combustible (uranium ou plutonium),
• un modérateur,
• un fluide caloporteur.
Cet ensemble de trois éléments constitue une filière. Les principales filières utilisées sont données
dans le Tableau 4.1.
Tableau 4.1 : Les principales filières des centrales nucléaires
FILIERES
COMBUSTIBLES
MODERATEUR
FLUIDE
CALOPORTEUR
Graphite-gaz
Uranium naturel 0,7 %
Graphite
Gaz carbonique
Eau lourde
Uranium naturel 0,7 %
Eau lourde
Eau lourde
Eau sous pression
Uranium enrichi 3,2 %
Bore
Eau ordinaire
Eau bouillante
Oxyde d’uranium faiblement enrichi
Eau ordinaire
Surgénérateur
Plutonium 15 % + Uranium
Bore ou Cadmium
Sodium

ENERGIE ELECTRIQUE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 4 : CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES NUCLAIRES ET IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
4
Support de cours
Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL/CERME (UL)
4.4. DESCRIPTION
Une centrale nucléaire regroupe l'ensemble des installations permettant la production d'électricité
sur un site donné. Elle comprend fréquemment plusieurs tranches, identiques ou non ; chaque
tranche correspond à un groupe d'installations conçues pour fournir une puissance électrique
donnée (par exemple 900 MW, 1300 MW ou 1450 MW). Une tranche comprend généralement :
• le bâtiment réacteur, généralement double enceinte étanche qui contient le réacteur
nucléaire, le pressuriseur qui a pour fonction de maintenir l'eau (traitée) du circuit primaire
à l'état liquide, les générateurs de vapeur (trois ou quatre selon la génération), le groupe
motopompe primaire servant à faire circuler le fluide caloporteur (eau), le circuit d'eau
primaire, dont le rôle principal est d'assurer le transfert thermique entre le cœur du réacteur
et les générateurs de vapeur, et une partie du circuit d'eau secondaire ;
• le bâtiment combustible : collé au bâtiment réacteur, il sert de stockage des assemblages
du combustible nucléaire avant, pendant les arrêts de tranche et pour le refroidissement
du combustible déchargé (un tiers du combustible est remplacé tous les 12 à 18 mois). Le
combustible est maintenu immergé dans des piscines dont l'eau sert d'écran radiologique ;
• le bâtiment salle des machines, qui contient principalement :
o une ligne d'arbre comprenant les différents étages de la turbine à vapeur et
l'alternateur (groupe turbo-alternateur),
o le condenseur, suivi de turbopompes alimentaires (fonctionnement normal, de
secours) ;
• les locaux périphériques d'exploitation (salle de commande…) ;
• des bâtiments annexes qui contiennent notamment des installations diverses de circuits
auxiliaires nécessaires au fonctionnement du réacteur nucléaire et à la maintenance, les
Tableaux électriques alimentant tous les auxiliaires et générateurs Diesel de secours ;
• une station de pompage pour les tranches dont le refroidissement utilise l'eau de mer, de
fleuve ou de rivière, et éventuellement une tour aéroréfrigérante (la partie la plus visible
d’une centrale nucléaire ; hauteur de 28 m pour la CNPE de Chinon, jusqu'à 178 m pour la
CNPE de Civaux).
Les autres installations de la centrale électrique comprennent :
• un ou plusieurs postes électriques permettant la connexion au réseau électrique par
l'intermédiaire d'une ou plusieurs lignes à haute tension, ainsi qu'une interconnexion limitée
entre tranches ;
• les bâtiments technique et administratif, un magasin général…
La Figure 4.5 montre le schéma d’une centrale nucléaire

ENERGIE ELECTRIQUE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 4 : CENTRALES ELECTRIQUES THERMIQUES NUCLAIRES ET IDENTIFICATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
[2ème Edition (2023)]
5
Support de cours
Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL/CERME (UL)
Fig. 4.5 : Schéma de principe d'une centrale nucléaire.
4.5. FONCTIONNEMENT TECHNIQUE
Une centrale nucléaire a le même fonctionnement qu'une chaudière. Un combustible (en
l'occurrence nucléaire) permet de créer de la chaleur. Cette chaleur permet au travers d'un
échangeur de transformer de l'eau en vapeur, qui accélérée entraînera mécaniquement une turbine.
Cette turbine entraînera à son tour un alternateur qui produira l'électricité. La production de chaleur
est obtenue dans le réacteur. L'échangeur porte le nom de GV (générateur de vapeur).
Dans une tranche nucléaire, le réacteur nucléaire (Figure 4.6) est en amont d'une installation
thermique qui produit de la vapeur transformée en énergie mécanique au moyen d'une turbine à
vapeur ; l'alternateur utilise ensuite cette énergie mécanique pour produire de l'électricité.
Fig. 4.6. : Cœur de réacteur nucléaire (EPFL)
Le cœur du réacteur contient les assemblages de combustible étanches et les barres de contrôle,
dans de l'eau à l'état liquide (type REP).