Les centrales nucléaires actuelles
Les centrales nucléaires actuelles
À partir de 1951, aux piles atomiques construites pour tester le fonctionnement de la réaction en chaîne succédèrent les réacteurs nucléaires destinés à produire de l’énergie. Le problème technologique était alors plus complexe, puisqu’il fallait non seulement contrôler la fission dans le « cœur » du réacteur, mais également recueillir l’énergie libérée sous forme de chaleur au moyen d’un fluide « caloporteur » circulant dans ce cœur et la transporter – directement ou via des échangeurs – jusqu’à des turbines produisant de l’électricité. Le principe de base de tous les réacteurs nucléaires construits depuis lors est resté le même, mais ces machines peuvent être classées en plusieurs catégories, que l’on nomme des « filières », en fonction des solutions techniques adoptées, et en particulier de la nature du combustible et du fluide caloporteur.
Aux filières dites de première génération, utilisant l’uranium naturel, et choisies au début par toutes les nations, ont succédé presque partout celles de seconde génération, qui mettent en jeu de l’uranium enrichi en 235U. Pour que ces centrales fonctionnent de façon satisfaisante, le combustible doit contenir plus de 3 % de cet isotope. Le chiffre de 3,5 % est le plus communément adopté. Les premières unités d’enrichissement ont été construites aux États-Unis dans le cadre du projet Manhattan. Par la suite ce type d’usine est apparu en Union Soviétique et en Europe. Diverses techniques sont employées à cet effet, et en particulier l’ultracentrifugation (centrifugation à très haute vitesse) et la diffusion gazeuse de l’hexafluorure d’uranium (UF6). Cette dernière a été adoptée notamment par le complexe européen « Eurodif », construit sur le site du Tricastin, près de Pierrelatte, en France, alors que la première est utilisée par un consortium européen regroupant la Grande-Bretagne, l’Allemagne et les Pays-Bas. De telles usines fournissent donc de l’uranium plus ou moins enrichi en 235U selon que l’on vise des applications pacifiques ou militaires, et le résidu de cet enrichissement est de l’uranium dit « appauvri » composé de 99,75 % d’uranium 238 et de 0,25 % de l’isotope 235.
La contrepartie de cet enrichissement isotopique long et coûteux, c’est que l’eau ordinaire peut servir de modérateur. C’est sur ce principe que sont construits la plupart des réacteurs en fonctionnement aujourd’hui, et en particulier les REP, réacteurs à eau sous pression, qui sont les plus courants d’entre eux .
En France, le premier réacteur au graphite-gaz destiné à produire de l’électricité, appelé EDF1, fut construit à Chinon et fonctionna de 1962 à 1973, délivrant une puissance électrique de 70 mégawatts. La première centrale appartenant à la filière REP fut construite à Chooz, dans les Ardennes françaises, par la France et la Belgique.
Mise en service en 1966, elle fournit une puissance électrique de 300 mégawatts jusqu’en 1991. Par la suite, de nombreux réacteurs nucléaires ont été installés dans divers pays. Actuellement, on en compte environ 440 en fonctionnement dans le monde – dont 57 en France – et une cinquantaine sont en construction.
La conversion de l’énergie de fission en énergie électrique s’effectue donc par l’intermédiaire de la chaleur issue du ralentissement des produits de fission. Cette énergie thermique est utilisée, comme nous l’avons déjà mentionné, pour actionner des turbines génératrices d’électricité. Ces dernières sont en fait des moteurs thermiques, et, conformément au principe de Camot, leur fonctionnement nécessite la présence d’une source froide aux côtés de la source chaude (la vapeur d’eau actionnant ces turbines). La source froide doit évacuer beaucoup de chaleur, c’est pourquoi les centrales nucléaires ont été construites à proximité des grands fleuves ou en bord de mer . Une autre conséquence de ce passage obligé par l’énergie thermique est que le rendement des centrales nucléaires ne peut guère excéder 30 %, en application du second principe de la thermodynamique, qui régit le rendement des moteurs thermiques.
Les centrales nucléaires fournissent néanmoins 16 % de l’électricité de la planète, c’est-à-dire autant que l’ensemble des barrages hydroélectriques. Il s’agit d’une contribution très importante. Si elle devait être assurée au moyen de centrales thermiques, elle impliquerait la consommation annuelle de 600 millions de tonnes de pétrole, soit toute la production de l’Arabie Saoudite.
Vidéo : Les centrales nucléaires actuelles
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