Réacteur à eau pressurisée

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Le réacteur à eau pressurisée ou REP (PWR pour Pressurized Water Reactor en anglais) est une technologie de réacteur nucléaire dite de deuxième génération. C'est la filière de réacteurs nucléaires la plus répandue dans le monde en 2006. Les 58 réacteurs français de puissance en fonctionnement utilisent cette technologie.

Le combustible nucléaire d'un REP est de l'uranium enrichi, plus précisément de l'oxyde d'uranium faiblement enrichi : la proportion d'isotope U-235 fissile est enrichie jusqu'à environ 4 %. Le combustible se présente sous la forme de pastilles empilées et maintenues dans des gaines en alliage de zirconium qu'on appelle crayon. Les crayons combustibles sont agencés sous forme d'assemblages dont la tenue mécanique est assurée par des grilles. Selon les modèles de REP, on charge entre 120 et 250 assemblages dans la cuve du réacteur.

Dans le circuit primaire, de l'eau ordinaire (par opposition à l'eau lourde D₂O) sous pression est chargée de récupérer la chaleur produite par le cœur : c'est ce fluide caloporteur qui circule au sein des assemblages de crayons où se produit la réaction en chaîne. Les produits de la réaction nucléaire (produits de fission et transuraniens) sont confinés avec l'oxyde d'uranium à l'intérieur de la gaine des crayons pour éviter leur dissémination et la contamination du circuit primaire.

L'eau du circuit primaire fait également office de modérateur : elle a la capacité de ralentir ou thermaliser les neutrons de fission.

Comme n'importe quel type de réacteur thermique (nucléaire ou à flamme), un REP est refroidi par une grande quantité d'eau froide pompée dans un fleuve ou une mer. A proximité d'un REP, on trouve aussi parfois une tour de réfrigération pour refroidir l'eau utilisée dans le réacteur.

Sommaire 1 Fonctionnement 2 Bilan neutronique d'un REP 3 Architecture 3.1 Bâtiment réacteur 3.2 Bâtiment combustible 3.3 Bâtiment des auxiliaires de sauvegarde 4 Différents types de REP

[modifier] Fonctionnement

Le contrôle de la réaction est assuré par la concentration du bore dans l'eau du circuit primaire et par la hauteur des barres de contrôle insérées dans les assemblages combustibles.

Les paramètres typiques de fonctionnement de l'eau du circuit primaire sont :

– pression : 155 bar ;

– température : 300°C ;

– débit : 60 000 m³/h.

Plusieurs générateurs de vapeur situés dans l'enceinte du réacteur transfèrent la chaleur de la chaudière nucléaire (circuit primaire) vers le circuit secondaire comportant la turbine.

En sortie des générateurs de vapeur, la vapeur possède les caractéristiques suivantes :

– pression : 55 bar ;

– température : 270°C ;

– débit : 1500 kg/s.

La vapeur haute pression (HP) est détendue dans le corps HP de la turbine, puis resurchauffée avant de poursuivre sa détente dans le (ou les) corps basse pression (BP). La turbine entraîne un alternateur qui produit l'électricité. Le rendement de conversion de la chaleur en électricité est d'environ 33 %.

À la sortie de la turbine, la vapeur passe dans un condensateur et redevient de l'eau, qui revient dans l'évaporateur. Une partie de la chaleur du circuit secondaire est transférée dans un circuit tertiaire. Le circuit tertiaire est :

• soit envoyé dans une tour de réfrigération, où environ 2% de l'eau s'évapore, le reste se condense puis est pompé dans le bassin situé en dessous de la tour. L'eau évaporée est remplacée par de l'eau venant d'un fleuve.
• soit déversé dans un fleuve ou dans la mer, ce qui augmente sa température au moins localement.

L'eau qui sert au refroidissement du réacteur est pompée plus en amont dans le fleuve ou dans la mer.

[modifier] Bilan neutronique d'un REP

On suppose que le seul matériau fissile est ²³⁵U. Les nombres indiqués sont des ordres de grandeur. 100 fissions d'uranium 235 libèrent en moyenne 250 neutrons, qui donnent lieu aux réactions suivantes :

• 100 neutrons provoquent 100 nouvelles fissions, entretenant ainsi la réaction en chaîne, et consommant 100 noyaux du matériau fissile ;
• 70 neutrons subissent des captures fertiles par 70 noyaux du matériau fertile ²³⁸U, les transformant en autant de noyaux fissiles de ²³⁹Pu ;
• 75 neutrons subissent des captures stériles, soit par des noyaux fissiles (30 neutrons) soit par des noyaux du réfrigérant, des structures du cœur, des éléments de contrôle ou des produits de fission ;
• 5 neutrons fuient hors du cœur (pour être capturés par des protections neutroniques).

[modifier] Architecture

Une centrale nucléaire équipée de REP est organisée autour de plusieurs bâtiments.

[modifier] Bâtiment réacteur

[modifier] Bâtiment combustible

[modifier] Bâtiment des auxiliaires de sauvegarde

Ce bâtiment abrite notamment l'alimentation de secours des générateurs (ou ASG). Ce système permet d'alimenter en eau les générateurs de vapeurs après l'arrêt de la turbine et des pompes d'alimentation normale.

[modifier] Différents types de REP

• WWER (réacteur russe)
• EPR (réacteur européen en projet)