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Reacteurs REB (BWR)



BWR ou réacteurs à eau bouillante

Les réacteurs à eau bouillante ou REB (en anglais BWR, abréviation de Boiling Water Reactor) sont actuellement en fonctionnement aux Etats-Unis, au Japon, en Allemagne, Finlande, Russie, Suède, Suisse, ainsi que dans divers autres pays. Pour la production d’électricité, la filière vient en second après celle des réacteurs à eau sous pression (REP), bien avant les réacteurs CANDU et les RBMK. Elle représente environ le quart du parc mondial des réacteurs en exploitation.

Cette filière à neutrons thermiques dont le modérateur est l'eau ordinaire, a été conçue aux Etats-Unis. La construction des réacteurs à eau bouillante est restée longtemps le domaine réservé du constructeur Général Electrics (GE) dont la première unité commerciale fut celle de Humboldt Bay, près de Eureka en Californie. La puissance des réacteurs BWR actuels est de 570 à 1300 MWe.

Un réacteur précurseur : le BWR de Humboldt Bay
Le réacteur de Humboldt Bay, situé près d’Euréka dans le nord de la Californie, fut le précurseur des réacteurs à eau bouillante construits par General Electrics. Il fonctionna de 1963 à 1976. Sa puissance était de 65 Megawatt-electriques (MWe). A cette date, il fut arrêté pour subir des transformations afin de prévenir les risques sismiques. Ensuite, après l’accident de Three Mile Island et en raison du coût des transformations requises, la compagnie californienne d’électricité PG&E décida de démanteler le réacteur.
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Ces réacteurs doivent leur nom au fait que la chaleur dégagée par la fission fait bouillir l’eau qui baigne les gaines de combustibles dans le cœur du réacteur. Cette vapeur se détend dans les turbines qui produisent l’électricité. Dans un réacteur REP au contraire l’eau chauffe mais reste sous pression, transmettant sa chaleur à un circuit d’eau secondaire qui se transforme en vapeur pour actionner les turbines.

Il y a donc une barrière de moins entre la radioactivité du combustible et l’environnement et donc nécessité d'avoir un gainage du combustible particulièrement étanche. L’étanchéité des gaines, et plus loin des turbines, doit être étroitement surveillée. Si une perte d'étanchéité du gainage est constatée impliquant la présence potentielle de produits de fission dans la partie turbine du circuit, il faut isoler rapidement l'extraction de vapeur.

Lors de l’accident de Fukushima, cette barrière de moins entre la radioactivité du combustible et l’environnement est à l’origine des flaques d’eau extrêmement radioactives observées le 25 mars 2011 dans le hall des turbines.

Schéma d’un réacteur à eau bouillante
La chaleur dégagée par les assemblages de combustible convertit l'eau qui circule à travers le cœur du réacteur en vapeur. Un niveau d'eau s'établit dans la cuve qui est mesuré en permanence et concourt à la régulation d'ensemble du réacteur. La vapeur est séparée de l’eau, avant de passer ensuite dans des turbines, où elle est refroidie et condensée au contact d’une circulation d’eau froide (mer, lac, eau de rivière). L’eau condensée est reprise à basse pression par des pompes pour être ensuite réinjectée et recyclée dans le cœur du réacteur.
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La gestion de l'eau primaire est plus stricte et complexe que pour un REP. La vapeur est rendue active par irradiation de l'eau. Le hall turbine d'un REB en fonctionnement est une zone contrôlée, mais les principaux radioéléments formés étant à période très courte (moins de 10 secondes) il n'y a pas de réel problème pour les opérations de maintenance. Il faut filtrer et épures strictement l’eau primaire avant son retour dans la cuve.

La température de la vapeur est d'environ 300°C et la pression entre 70 et 80 atmosphères, environ la moitié de celle de l’eau pressurisée des REP. Le rendement thermodynamique de la transformation de la chaleur en électricité, voisin de un tiers, est très légèrement supérieur à celui d'un REP.

Les barres de contrôle sont introduites depuis le dessous de la cuve du cœur du réacteur par l’intermédiaire d’une forte pression hydraulique, une particularité des REB. L'insertion des absorbants dans le cœur en cas d'arrêt d'urgence ne se fait donc pas par gravité.

Une particularité des REB : une augmentation soudaine de la pression de vapeur provoque par condensation une augmentation de la proportion d’eau liquide. Cette augmentation de la proportion d’eau, qui favorise la modération des neutrons, se traduit par un accroissement des réactions de fission et de l’énergie dégagée. Pour combattre l’effet déstabilisant de ces « transitoires de pression », les REB sont équipés d’un ensemble de soupapes de sûreté qui évacuent la vapeur en surpression, recueillie après condensation dans un « tore humide » situé en dessous de la cuve.

Les enceintes de confinement des REB sont placées sous une atmosphère inerte en dépression. Cet inertage a l'avantage d'éviter les risques d'incendie. il permet également d'éviter les explosions d'hydrogène en cas d'accident majeur, lorsque l'hydrogène est produit par un feu de zirconium, quand le zirconium des gaines décompose la vapeur au-dessus de 1200° C Normalement, les enceintes de confinement doivent également être équipés de recombineurs d'hydrogène. Ce ne fut malheureusement pas le cas de BWR Fukushima en 2011.

Les REB qui n’ont qu’un circuit nécessitent une instrumentation plutôt moins conséquente que celle du REP. Les coûts d’investissements et les délais de construction sont moindres, mais la différence du coût de l’électricité est très faible. Le cœur d’un REB est moins compact que celui d’un REP. Il comporte environ 4 fois plus d'éléments combustibles et d'absorbants de contrôle à puissance égale.

Au final, inconvénients et avantages se compensent.