[Dossier Énergie] Le nucléaire #1 - Comment ça fonctionne ?

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Dans cet article nous allons découvrir comment fonctionnent les centrales nucléaires de A à Z.

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La série Dossier Énergie est une nouvelle série que j' ai mis en place pour découvrir toutes les sources d' énergie possibles pour notre civilisation. Nous pourrons ainsi découvrir leur fonctionnement, leurs avantages, leurs inconvénients et les comparer.

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Principe d' une réaction nucléaire

L' énergie nucléaire n'est pas seulement une énergie utilisée pour produire de l' électricité, c'est bien plus que car c'est un principe fondamental de la structure de la matière.

En effet l' énergie nucléaire est l' énergie libérée lors de la fission/fusion d' atomes, qui provient elle même de l' énergie fondamentale de l' interaction forte.

Pour rappel un atome est formé d' un noyau autour duquel gravitent des électrons. Ce noyau est 100 000 fois plus petit que l' atome et comporte des protons ainsi que des neutrons fortement liés grâce à cette énergie malgré le fait que les protons étant de même charges devraient s' éloigner.

Lors de l' utilisation industrielle (dans le but de produire de l' électricité) de cette énergie, ce sont les atomes lourds qui sont utilisés car comportant beaucoup de protons et possédants plus d' énergie d' interaction forte, ce qui libère plus d' énergie nucléaire à leur fission.
Ces derniers sont instables ou le deviennent, en se brisant ils libèrent alors une partie de l' énergie nucléaire, c'est la fission.

Une autre technique pour produire de l' énergie, encore en développement, existe : c'est la fusion. Elle consiste, inversement, à faire fusionner des atomes légers en un atome plus lourd.

Comment fonctionne une centrale nucléaire

Les réacteurs à fusion

Ces centrales, encore en phases en recherche fonctionnent sous le principe de l' énergie de fusion.

Comme annoncé précédemment, la fusion se produit lorsque deux noyaux d'atomes légers se réunissent pour former un noyau plus lourd.

Cette méthode utilise comme combustible de l' Uranium mais aussi du plutonium, du deutérium ainsi que du tritium.

Pour que la fusion s' opère, il faut chauffer les composants à une chaleur extrême de plus de 100 millions de degrés ce qui est complexe à réaliser.

Il y a 2 techniques de fusion :

La fusion par confinement inertiel

Avec cette technique, l' énergie provient de micro capsules de combustible suivant un cycle comme un moteur classique à explosions comme équipé dans nos voitures.
Ces micro capsules, soumises à un rayonnement laser ou à un flux de particules entreraient en fusion.

La fusion par confinement magnétique

Cette méthode est celle mise en place dans le cadre du projet connu ITER.
Ces réacteurs sont constitué d' une sorte d' enceinte en forme de donut appelée Tore. A l' intérieur de celle-ci circule du plasma constitué de combustible de fusion.
Le grand défi à réaliser est de maintenir le plasma à distance des parois de l' enceinte à l' aide de champs magnétiques. Ces réacteurs sont créés et conçus pour fonctionner sans s' arrêter.

Notez que ces techniques, encore en phase de recherches, proposent de nombreux avantages comparées aux autres types de réacteurs. Nous les détailleront dans un prochain article.

Les réacteurs à fission

Ces réacteurs fonctionnent sous le principe d' une réaction en chaîne de fission.
Cela consiste à contrôler la stabilité des atomes et donc de contrôler leur fission.

Ainsi, un ou plusieurs électrons sont bombardés pour démarrer la réaction. Les atomes qui les reçoivent deviennent trop instable et se fissurent en libérant de l' énergie, cette même énergie envoie des particules aux autres atomes et la réaction continue ainsi.

Pour le moment, nous avons donc une source de chaleur. Pour convertir le tout en électricité, le principe consiste à faire chauffer de l' eau ou autre liquide pour ensuite le diriger vers un turboalternateur qui produira de l' électricité.

Il est possible de contrôler le réacteur, grâce au coefficient de multiplication qui doit être de 1. Il est composé du nombre de neutrons produits par la fission divisé par le nombre de protons qui disparaissent

Ce coefficient inférieur à 1, la réaction se stoppe (sous-critique), et inversement, quand il est supérieur à 1 la réaction s' emballe de façon exponentielle (sur-critique)

Les différents types de réacteurs : EPR, REP et REB

Le REP

Les réacteurs REP sont des réacteurs à eau pressurisée.

Ce type de réacteur utilise de l' Uranium enrichi comme combustible. L' eau est pressurisée et ne bout pas. elle n'est d' ailleurs pas directement en contact du réacteur.
En effet il y a 2 circuits, un en contact avec le réacteur, qui est extrêmement chaud et pressurisé.
Ensuite dans un générateur à vapeur cette chaleur va chauffer l' eau du 2eme circuit et la transformer en vapeur.
Ceci actionne ensuite une turbine et produit de l' électricité.
L' eau passe ensuite dans un condenseur qui la refroidit en contact du circuit de refroidissement.
C'est à ce circuit qu' appartiennent les grandes tour symboles d' une centrale.

Le REB

Les réacteurs REB sont des réacteurs à eau bouillante.

Ce type de réacteur utilise également de l' Uranium enrichi comme combustible.
Il est assez semblable au dernier, sauf une grande différence notable : Il n' y a pas deux circuits d' eau, mais un seul, et l' eau primaire se vaporise dans le cœur du réacteur directement.

Le EPR

Le EPR est le réacteur pressurisé européen.

Il est basé sur les réacteurs REP à eau pressurisée, mais il est conçu pour être plus sécurisé et plus puissant.
Il peut utiliser de l' uranium enrichi mais également du MOX. Ce combustible est constitué d'environ 8,5 % de plutonium et d' environ 91,5 % d' uranium appauvri.

Ce combustible MOX est avantageux car pouvant être créé à partir des surplus militaires de plutonium.
Mais l' avantage le plus considérable est qu'il est également constitué d' Uranium appauvri, or ce dernier est un déchet produit lors de l' enrichissement de l' Uranium. Quand les réserves classiques seront donc épuisées, le MOX pourra prendre le relais un certain temps et ainsi nous garantir de l' électricité.
A noter que ce dernier est plus dangereux que l' Uranium classique, nous en reparlerons dans un prochain article.

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Et voilà ! J' espère que cet article vous a plu !

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A bientôt !

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Sources :

• Connaissances personnelles
• connaissancedesenergies.org - Fiche énergie nucléaire
• connaissancedesenergies.org - Fiche fonctionnement réacteur nucléaire
• wikipedia.org - Réacteur Eau préssurisée
• wikipedia.org - Réacteur Eau bouillante
• wikipedia.org - Combustible MOX
• wikipedia.org - ITER
• wikipedia.org - Centrale Fusion inertielle

Images :

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