Le coeur atomique et le circuit primaire
Le principe de la réaction nucléaire
Le combustible des réacteurs est ce que l’on appelle la matière fissile, dont les atomes peuvent être, dans certaines conditions, brisés par des neutrons. L’atome se casse alors en plusieurs autres atomes, appelés produits de fission, en émettant de la chaleur, récupérée pour produire ensuite de l’électricité, ainsi que 2 ou 3 neutrons. Ces neutrons vont à leur tour briser d’autres atomes de matière fissile et maintenir ainsi une réaction appelée réaction en chaîne.
Réaction en chaîne dans un réacteur atomique
On distingue deux grandes familles de réacteurs : ceux qui ne fonctionnent qu’avec des neutrons ralentis et qui constituent la quasi-totalité du parc des réacteurs de production d’électricité dans le monde, et ceux qui fonctionnent avec des neutrons rapides.
Pour ralentir les neutrons, on recourt à plusieurs types de matériaux, les modérateurs (graphite, eau, eau lourde), qui doivent être suffisamment transparents pour ralentir les neutrons sans les absorber. Il faut aussi évacuer la chaleur produite par la réaction nucléaire. On utilise un fluide caloporteur qui doit aussi être assez transparent aux neutrons. Ce peut être un gaz (CO2 ou hélium) ou un liquide (eau ou vapeur principalement). Les réacteurs des centrales d’EDF sont à eau pressurisée : le modérateur ainsi que le caloporteur sont de l’eau chaude sous très forte pression.
Le principe de fonctionnement des réacteurs REP
Les réacteurs à eau pressurisée (REP) équipent tout le parc de centrales françaises actuellement en exploitation. Le réacteur nucléaire, enfermé dans une cuve, chauffe de l’eau sous très haute pression à l’aide de l’énergie dégagée par la réaction nucléaire. Malgré la température de 320°C, l’eau ne se vaporise pas car elle est maintenue sous 155 bars par le pressuriseur. Afin de contrôler la réaction en chaîne, il existe deux moyens. Le premier est à la fois utilisé pour réguler la puissance du cœur lors des démarrages et arrêts et comme dispositif d’urgence. Ce sont les grappes de contrôle, qui en cas de problème ou bien de fausse manipulation tombent dans le cœur atomique et neutralisent la réaction en chaîne en absorbant tous les neutrons. Le second moyen de contrôle employé est l’acide borique, car le bore a la propriété de pouvoir absorber les neutrons. Celui-ci est plus lent à agir toutefois que les grappes de commande, et sert essentiellement lors des arrêts de tranche, qui eux se font en douceur (il faut environ une semaine avant de pouvoir ouvrir le cœur ).
Schéma d’un réacteur atomique