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Propulsion Nucleaire



Des réacteurs embarqués pour sous-marins et porte-avions

1954 : le Nautilus, premier sous-marin à propulsion nucléaire
Une photo historique. Le Nautilus, premier sous-marin nucléaire américain devant la ligne des gratte-ciels de New-York en 1954
Us Navy

A côté des réacteurs classiques à terre, producteurs d’électricité, près de 220 réacteurs embarqués dans le monde entier fournissent l’énergie nécessaire à la propulsion de 150 navires et sous-marins nucléaires. L'énergie nucléaire est particulièrement adaptée pour les navires qui ont besoin d'être en mer pendant de longues périodes sans ravitaillement, tels que des porte-avions, croiseurs et sous-marins ou encore des brise-glaces perdus dans le nord de la Sibérie.

Un avantage de la propulsion nucléaire est de ne pas avoir besoin d'air. Les sous-marins nucléaires ne doivent pas faire surface fréquemment contrairement aux sous-marins classiques. Un autre avantage: les sous-marins nucléaires n'ont jamais besoin d'être rechargés en combustible tout au long de leur durée de vie, de 25 ans pour les modèles actuels.

Si la technologie des réacteurs embarqués s'est avérée idéale et robuste pour la propulsion sous-marine (*), elle reste cependant prohibitive par sa taille, son poids, ses coûts pour la propulsion des navires marchands.

Une chaudière compacte dans un espace exigu
Dans un sous-marin nucléaire, le réacteur ou pour employer le terme consacré la chaufferie ou chaudière embarquée, est situé à l’arrière du navire avec le bloc de propulsion. Le bloc réacteur, qui occupe un espace restreint, est donc bien séparé des postes de navigation et des lieux de vie de l’équipage.
CEA/Défis CEA

Particularités des réacteurs nucléaires de propulsion navale

La finalité de propulsion au lieu de production d’électricité, les particularités inhérentes à un vaisseau de guerre dans le cas de sous-marins et de porte-avions et l’environnement exigu du navire dans lequel se trouve placé le réacteur de propulsion affectent la conception détaillée et la technologie.

Les installations auxiliaires du réacteur embarqué (réfrigération, ventilation, systèmes de sécurité et de conduite, etc ...) se trouvent à cohabiter avec les autres installations du navire, spécialement dans le cas des sous-marins.

Alors que la puissance d’un réacteur producteur d’électricité varie lentement, un navire doit pouvoir évoluer rapidement au cours de sa mission ou pour échapper à une menace. Le réacteur doit pouvoir répondre rapidement , de façon fiable et sûre à tous les événements inhérents à la vie d'un sous-marin ou un porte-avions.

La disponibilité est également essentielle. Pour un sous-marin, la perte en mer de la propulsion constituerun événement très grave pouvant conduire à la perte du navire.

La propulsion navale nucléaire est la source de déchets radioactifs similaires à ceux des réacteurs à terre, mais en quantité moindre. Une fois usé, le cœur d’un sous-marin ou porte-avions est remplacé lors d’un carénage et le combustible usé entreposé le temps que la radioactivité diminue avant un éventuel retraitement. Aujourd'hui, cinq cœurs sont entreposés à sec et quatorze autres sont répartis dans les trois piscines dont dispose la France.

Sortie du porte-avions Charles de Gaulle
La France dispose d’un porte-avion nucléaire, le Charles de Gaulle, mis en service le 18 mai 2001. L’US Navy comporte en 2009 11 porte-avions en service. Les grands porte-avions sont équipés de deux réacteurs dont les emplacements sont confinés dans des enceintes spécialement sécurisées.
Marine Nationale/Emmanuel_Rathelot

Caractéristiques des réacteurs embarqués



Aujourd’hui, la technologie adoptée pour la propulsion nucléaire est principalement celle des réacteurs à eau pressurisé (REP). La puissance thermique de ces réacteurs va de 10 MWth (megawatts thermiques) pour des prototypes jusqu'à 200 MWth pour les plus gros sous-marins et 300 MWth pour des porte-avions et autres navires de surface comme les croiseurs russes de type Kirov Les réacteurs REP des navires à propulsion nucléaire ont une puissance électrique située dans la gamme des 35-50 MW (megawatts).

Le combustible utilisé est de l’oxyde d’uranium très fortement enrichi. L’enrichissement au début de la propulsion navale était de 80 à 95 % pour disposer du maximum de puissance instantanée (plongées rapides). Il est maintenant plutôt proche de 15 %.

Le brise-glace Lénine
L’océan arctique au nord de la Sibérie n’est navigable qu'en été. Des chenaux de navigation sont ouverts par de puissants brise-glace nucléaires russes pour étendre au maximum la période de navigation. La manœuvre constituant à “monter” sur la glace pour l’écraser de son poids puis à faire marche arrière et recommencer - est particulièrement éprouvant pour le matériel dont le réacteur. Les principaux brise-glace sont basés à Mourmansk, dont les six brise-glace nucléaires. En 2010, la flotte était vieillissante.
DR
Ces réacteurs permettent des régimes de vitesse variables adaptables au circonstances opérationnelles, allant pour les sous-marins de la vitesse croisière simple à la vitesse de plongée et d’intervention ultra rapide : il faut pouvoir passer de 10% à 100% de sa puissance en 30 secondes à 1 minute La vitesse de croisière des grands bâtiments de surface est de l’ordre de 25 à 30 nœuds.

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