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L'arrêt du réacteur



Les braises de la fission

Quand on arrête le réacteur, qu'il s'agisse de procéder au rechargement du combustible ou d'un arrêt accidentel, il est impératif pendant une durée assez longie de continuer à refroidir le cœur du réacteur en raison de la chaleur que le combustible irradié continue de dégager.

La réaction en chaîne est bien interrompue, mais les produits de fission présents dans le combustible continuent de dégager de la chaleur par leurs désintégrations : c'est la puissance résiduelle.

Une forte chaleur résiduelle
Décroissance de la puissance résiduelle en fonction du temps pour les réacteurs à eau pressurisée de 900 et 1300 mégawatts (MW) de puissance électrique. Une quantité considérable de chaleur continue d'être dégagée après l'arrêt. Cette chaleur va décroître de plusieurs ordres de grandeur au cours du temps, mais son évacuation par l'intermédiaire des générateurs de vapeur est cruciale dans les premiers instants pour éviter la fusion du cœur du réacteur, un accident majeur. Ensuite la chaleur dégagée ayant suffisamment décru, un dispositif de refroidissement du réacteur à l'arrêt prend le relais.
EDF/Electra

Cette puissance résiduelle représente encore 7 % de la puissance du réacteur en fonctionnement une seconde après l'arrêt. Elle demeure de l'ordre de 1,5 % après une heure, puis elle décroît de moins en moins vite. Il s'agit de chaleurs considérables. Dans le cas d'une tranche de 0,9 GWe (gigawatt) qui alimente en électricité environ un million de personnes, le dégagement de chaleur est de 190 MW thermiques après une seconde, de quoi porter une demi tonne d'eau à ébullition durant cette seconde.

Evolution de la chaleur résiduelle
L'évolution du dégagement de chaleur durant les premiers instants montre que ce sont les désintégrations des produits de fission radioactifs qui sont principalement responsables de la chaleur dégagée après l'arrêt du réacteur. On remarquera, durant les cent premières secondes, la chaleur dégagée par des fissions dues à des neutrons retardataires. On notera aussi la fin de la transformation de l'uranium-239 (généré par la capture de neutrons dans l'uranium-238) en neptunium-239 qui aboutira en plutonium-239.
Clefs-CEA

Il faut donc refroidir à fond dans les premiers instants et c'est la raison pour laquelle la chaleur résiduelle est d'abord évacuée par les générateurs de vapeur, comme en fonctionnement normal. Ce n'est qu'après une baisse suffisante de la température et de la pression du circuit primaire (aux environs d'une trentaine de bars) qu'il est possible d'utiliser une autre voie : le circuit de « refroidissement du réacteur à l'arrêt ». Ce circuit continue à fonctionner efficacement une fois le couvercle de la cuve enlevé. C'est lui qui évacue la puissance résiduelle des assemblages présents dans le cœur tandis qu'on procède aux opérations de déchargement et de rechargement du combustible. Notons que les assemblages déchargés sont refroidis par l'eau de la piscine réacteur pendant leur transfert vers le bâtiment combustible : là, c'est l'eau de la piscine combustible qui continuera de les refroidir jusqu'à leur évacuation vers l'usine de retraitement.

En cas de situations accidentelles entraînant l'arrêt du réacteur, la puissance résiduelle est évacuée par les moyens habituels si les circuits de refroidissement ne sont pas endommagés par l'accident. Si c'est au contraire une défaillance compromettant justement la bonne évacuation de la chaleur du combustible qui a provoqué l'arrêt, la situation peut être fort délicate. Cela a conduit à prévoir de nombreux systèmes de sauvegarde (*) pour assurer coûte que coûte le refroidissement du combustible. L'étude des accidents de refroidissement et l'analyse des parades mises en place pour y répondre constituent une des premières préoccupations sur le plan de la sûreté.

Contrairement aux idées reçues, les défaut de refroidissement après un arrêt d'urgence d'un réacteur ont été la première cause d'accidents graves, avant la perte de contrôle des réactions de fission dans un réacteur en marche, comme en témoignent les accidents suevenus à Three Mile Island et récemment à Fukushima.

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