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Fonctionnement des REP



De l'eau à haute pression pour évacuer la chaleur et modérer les neutrons

Le cœur du réacteur est la source d'énergie. Comparable au foyer d'une chaudière, il produit de la chaleur. Il est composé d'éléments de combustibles contenant de l'uranium enrichi à 3,5 % ou du MOX. Ces éléments sont entourés d'une gaine métallique en « zircaloy », première barrière de protection destinée à piéger les produits radioactifs qui se forment.

Schéma du cœur d'un réacteu
Les réactions en chaîne productrices d'énergie se produisent dans les assemblages de combustibles. L'eau qui circule sous pression (150 atmosphères) entre les assemblages sert à évacuer la chaleur des réactions de fission et à ralentir les neutrons pour qu'ils entretiennent la réaction en chaîne. Un cœur de réacteur de 0,9 Gigawatt de puissance électrique contient 157 assemblages de combustibles, 41448 crayons et 11 273 856 pastilles d'oxyde d'uranium enrichi.
Source AREVA

Le cœur est contenu dans une cuve métallique étanche, revêtue intérieurement d'acier inoxydable. Il comporte des dispositifs de pilotage, et notamment des barres de contrôle en cadmium, ainsi que des dispositifs de sécurité. Cette enceinte constitue une seconde barrière de protection.

De l'eau à haute pression circule à l'intérieur de la cuve entre les éléments de combustible. Elle prélève la chaleur produite dans les éléments de combustible et joue également le rôle de modérateur. La pression de cette eau primaire atteint 155 atmosphères.

Principe d'un réacteur REP
Les éléments de combustibles contenant de l'uranium forment le cœur d'un réacteur à eau pressurisée (REP). L'eau s'échauffe au contact de la gaine des éléments et circule à une température élevée dans un circuit fermé : le circuit primaire. Cette eau primaire va évaporer l'eau d'un circuit secondaire à travers des échangeurs de chaleur appelés générateurs de vapeur. Cette vapeur en se détendant fait tourner la turbine qui entraîne l'alternateur, lequel produit l'électricité. La vapeur sortie de la turbine est ensuite refroidie et transformée en eau dans le condenseur et renvoyée dans le générateur de vapeur. Le refroidissement du condenseur se réalise à l'aide de l'eau d'un troisième circuit. Des pompes font circuler l'eau dans ces divers circuits. Un pressuriseur maintient l'eau du circuit primaire sous haute pression et l'empêche de bouillir. Des barres de commande permettent de contrôler la réaction en chaîne.
Source COGEMA

À la sortie de la cuve, la température de l'eau primaire est d'environ 300° C. Cette eau passe ensuite dans un échangeur de chaleur, où elle se refroidit en vaporisant l'eau d'un circuit secondaire. Dans le générateur de vapeur, l'eau secondaire baigne les tubes où circule l'eau primaire avant qu'elle ne retourne dans la cuve du réacteur. À la sortie du générateur, la pression de la vapeur secondaire est de 70 atmosphères.

Le circuit secondaire est également un circuit fermé. La vapeur produite est envoyée dans une turbine. La turbine entraîne un alternateur qui lui est couplé. L'alternateur produit le courant électrique qui sera envoyé sur le réseau national à haute tension. La vapeur secondaire est condensée à la sortie de la turbine, avant d'être recyclée dans les générateurs de vapeur.




video : AREVA - Fonctionnement d'un réacteur REP - durée 5 min 46



Le cœur du réacteur, le circuit primaire et les générateurs de vapeur sont contenus dans un bâtiment étanche constitué d'une simple ou double enveloppe en béton. Ce bâtiment mesure environ 50 m de diamètre et 60 m de hauteur. Il est mis en dépression pour empêcher les fuites vers l'extérieur. Cette enceinte apporte une troisième barrière de protection.

La condensation de la vapeur à la sortie de la turbine se fait grâce à une circulation d'eau à grand débit dans un troisième circuit de refroidissement. L'eau condensée retourne ensuite aux générateurs. L'eau « tertiaire », qui a elle même besoin d'être refroidie, est envoyée dans de grandes tours de réfrigération (une par réacteur). Ces grandes tours sont la partie la plus visible d'une centrale nucléaire. Elles laissent échapper des panaches de vapeur d'eau.

Afin de compenser l'évaporation dans les tours un appoint d'eau est nécessaire. Les centrales nucléaires sont implantées au voisinage de la mer ou de fleuves dont l'eau, en raison des barrières de protection, n'est pas en contact avec les matières radioactives.