Une centrale nucléaire produit de l’électricité en utilisant la chaleur générée par la fission des atomes dans un réacteur nucléaire. Cette chaleur est transformée en énergie mécanique, puis en électricité. Voici les principales étapes de son fonctionnement :
1. La fission nucléaire : source de chaleur
- Dans le réacteur nucléaire, des atomes d’uranium 235 ou de plutonium 239 sont soumis à une réaction de fission.
- La fission est déclenchée lorsqu’un neutron frappe le noyau d’un atome, le divisant en deux parties et libérant :
- Une grande quantité de chaleur.
- Des neutrons supplémentaires, qui provoquent d’autres fissions (réaction en chaîne contrôlée).
2. Le circuit primaire : transport de la chaleur
- La chaleur produite par la fission est absorbée par un fluide caloporteur (souvent de l’eau sous pression).
- Ce fluide circule dans le circuit primaire, transférant la chaleur aux échangeurs thermiques sans entrer en contact avec le combustible radioactif.
3. Le circuit secondaire : production de vapeur
- La chaleur du circuit primaire est utilisée pour chauffer l’eau du circuit secondaire dans un générateur de vapeur.
- Cette eau se transforme en vapeur sous haute pression.
4. Le turbogénérateur : conversion en électricité
- La vapeur sous pression est dirigée vers une turbine qui se met en rotation.
- La turbine est reliée à un alternateur qui transforme l’énergie mécanique en électricité.
5. Le circuit de refroidissement
- Après avoir traversé la turbine, la vapeur est refroidie dans un condenseur, où elle redevient liquide.
- Ce processus utilise un circuit de refroidissement, souvent alimenté par l’eau d’une rivière, d’un lac ou de la mer, ou par des tours de refroidissement.
Schéma simplifié
- Réacteur nucléaire → produit de la chaleur (via la fission).
- Générateur de vapeur → transforme l’eau en vapeur.
- Turbine → utilise la vapeur pour produire de l’énergie mécanique.
- Alternateur → convertit l’énergie mécanique en électricité.
- Condenseur → refroidit la vapeur pour la recycler.
Sûreté et contrôle
- Barres de contrôle : Ces barres, souvent en bore ou en cadmium, absorbent les neutrons pour réguler ou stopper la réaction en chaîne.
- Enceinte de confinement : Empêche toute fuite de matériaux radioactifs.
- Systèmes de refroidissement de secours : Garantissent un refroidissement continu en cas de problème.
Avantages des centrales nucléaires
- Production massive d’électricité avec peu d’émissions de CO₂.
- Indépendance énergétique pour les pays ne disposant pas de ressources fossiles.
- Fonctionnement stable (production continue, indépendamment des conditions climatiques).
Inconvénients et défis
- Déchets radioactifs : Leur gestion et leur stockage sur le long terme.
- Risques d’accidents : Bien que rares, les incidents comme Tchernobyl (1986) et Fukushima (2011) ont marqué l’opinion publique.
- Coût élevé : Construction, démantèlement et maintenance nécessitent des investissements importants.