les centrales nucléaires: (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

« Le circuit de refroidissement Toujours pour éviter une éventuelle contamination radioactive au cas où, malgré toutes les précautions prises, l'eau du circuit secondaire serait entrée en contact avec celle du circuit primaire, le circuit secondaire est lui aussi hermétique.

Sa vapeur, une fois utilisée par les turbines, n'est pas rejetée dans l'atmosphère, mais refroidie et renvoyée dans le générateur de vapeur.

Le circuit de refroidissement, indépendant des deux autres , fonctionne à partir d'une source d'eau froide extérieure -une rivière , un fleuve, la mer.

~eau froide est pompée et baigne un condenseur au sein duquel circule la vapeur sortant des turbines .

La vapeur se condense avant de retourner vers le générateur de vapeur, et l'eau extérieure, légèrement échauffée , est rejetée.

Si la source d'eau froide a un débit limité ou si l'on souhaite éviter d'en perturber l'équilibre écologique, on refroidit préalablement l 'eau utilisée avant de la rejeter.

Ce refroidissement se fait dans des tours de refroidissement ou « aéroréfrigérantes ».

Une partie s'y évapore et forme les panaches blancs caractéristiques des centrales nucléaires.

SUPERPHÉNIX ET LES SURGÉNÉRATEURS PRINCIPE DU SURGtNtRATEUR Un surgénérateur est un type particulier de réacteur qui consomme de la matière fissile, mais qui, au terme de la réaction, a produit plus de combustible qu'il n 'en a consommé.

Dans un réacteur classique , la fission nucléaire produit des neutrons à grande vitesse qu'il faut contenir en partie pour éviter que la réaction en chaîne ne s'emballe et n'aboutisse à l'explosion .

On utilise pour cela des barres de cadmium ou de bore qui les absorben~ tout en restant inertes.

on a remplacé le cadmium ou le bore par de l'uranium 238, c'est-à-dire la partie du les centrales classiques.

Lorsqu'il absorbe un neutron , l'uranium 238 devient du plutonium 239 qui, lui, n'est pas inerte et sert de combustible au surgénérateur.

Le surgénérateur est donc un réacteur à plutonium qui régénère son propre carburant à partir d'uranium 238, un déchet de l'industrie nucléaire classique .

La fission du plutonium produit 3 neutrons .

1 sert à la fission d'un nouvel atome de pluto~ium pour entretenir la réaction en chaîne , les 2 autres servent à transformer 2 atomes d'uranium 238 en plutonium .

La fission initiale d 'un atome de plutonium aboutit donc à la formation de deux nouveaux atomes de ce même plutonium .

À plein régime , le surgénérateur produit donc plus de combustible qu'il n'en consomme.

De cette propriété vient son nom .

INCONvtNIENTS DES SURGtNtRATEURS Les surgénérateurs ont été développés dans les années 1950-1960, à une époque où l'on pensait les ressources en uranium très limitées, et la croissance des besoins en électricité très importante.

Mais la consommation d'énergie en 2000 représente en fin de compte moins de 10% des projections d'alors , et il s'est par ailleurs avéré depuis que l'uranium est beaucoup moins rare qu'on avait pu l'imaginer.

Prix U.S .

$11tg 100 90 80 70 60 50 40 60 30 Année 1110 1t70 1HO 1110 PRIX CONTRACTUEL OU MINERAl D'URANIUM EN DOLLARS (1995) (tous les chiffres sont •rrondls) En dépit de son coût et des précautions que sa manipulation implique, il est aujourd'hui le combustible le plus rentable du marché, compte tenu de son rendement énergétique.

Les gains en termes de productivité et d'indépendance énergétique qui justifiaient les surgénérateurs ont donc peu à peu été éclipsés par les risques écologiques et militaires énormes qu'ils représentent.

Risques techniques et écologiques Pour que la fusion de l'uranium 238 en plutonium puisse avoir lieu, il ne faut absolument pas que les neutrons émis lors de la fission du plutonium initial soient ralentis.

Cela implique des conditions extrêmes qui rendent le réacteur particulièrement instable et difficile à maîtriser.

Par ailleurs, le fluide destiné à colporter l'énergie qui se dégage du cœur du réacteur est porté à des températures telles qu'on ne peut se contenter d 'utiliser de l'eau, même sous pression, d'autant qu'augmenter la pression autour du réacteur accroîtrait son instabilité.

Il faut un liquide capable de supporter de très hautes températures sans monter en pression , tout en étant bon refroidisseur.

Seul le sodium liquide réunit toutes ces conditions, mais il pose des problèmes graves de sécurité, qui n 'affectent pas les centrales classiques à eau : il s'enflamme au contact de l'air et explose au contact de l'eau .

Très corrosif, il attaque les canalisations, e~ étant donné le danger potentiel d'incendie , la moindre fuite implique l'arrêt total du réacteur .

Le plutonium, plus radioactif et plus instable que l'uranium, demande des précautions qui rendent son utilisation beaucoup plus coûteuse.

Risques militaires Enfin, la prolifération du plutonium sur le marché civil augmente les risques de détournement illicite à des fins militaires .

Il faut 40 kg de plutonium pour faire fonctionner un surgénérateur, alors qu'une poignée suffit pour une bombe équivalente à celle qui a explosé à Nagasaki.

La technologie requise pour une bombe nucléaire rudimenta ire est à la portée de nombreux groupes, et seul le contrôle sévère du commerce des matériaux fissiles a permis jusqu 'ici d'éviter la prolifération d'armes nucléaires clandestines.

La circulation massive de plutonium qu'implique le développement des surgé nérateur s mettrait en péril cet équilibre .

Toutes ces raisons font qu'en dépit d'avantages théoriques considérables , la filière des surgénérateur s est peu à peu abandonnée .

LE MINERAl : ENRICHISSEMENT ET TRANSFORMATION Relativement répandu, le minerai d'uranium provient de gisements situés principalement au Canada, aux États­ Unis, au Gabon, au Niger, en Afrique du Sud, en Namibie (ici la mine de Rossing ), en Australie , en Russie , au Kazakhstan et en Ouzbékistan .

C'est la Cogema, filiale du Commissariat à l'énergie atomique , qui assure la majeure partie des opérations d'extraction et d'approvisionnement.

La teneur en uranium du minerai est faible : de l'ordre de 1 à 3 kg par tonne.

Il est concassé, puis dissous un sous de poudre jaune appelée « yettow cake >>, qui contient 70 à 75 % d'uranium.

~uranium est ensuite commercialisé sous cette forme.

Mille tonnes de minerai donnent 1,5 à 10 tonnes de yellow cake.

Pour être utilisable , le yellow cake doit être purifié par divers traitements chimiques délicats au fluor ; on obtient de l'uranium suffisamment pur pour procéder à son enrichissement en isotope 235.

ENRICHISSEMENT ~uranium naturel est constitué d 'un mélange de plusieurs isotopes (variétés atomiques d'un même élément chimique) dans les proportions suivantes : 99,294% d'uranium 238, 0,7 % d 'uranium 235, 0,006 % d'uranium 234.

Seul l'uranium 235 entre en jeu dans la fission exploitée dans les centrales nucléaires.

Il faut donc encore traiter l'uranium purifié par diffusion gazeuse, afin d'amener la concentration en uranium 235 à une valeur de 3 à 4 %.

FABRICATION DU COMBUSTIBLE ~uranium enrichi est ensuite transformé en oxyde d'uranium, une poudre noire , puis compressé en pastilles d'une dizaine de grammes.

Les pastilles sont ensuite «frittées », c'est-à-dire cuites à très haute température, avant d'être placées dans des tubes en zirconium de 4 à 4,5 mètres (appe lés« crayons»).

Les crayons (de 150 à plus de 260 selon la puissance) sont ensuite assemblés et introduits dans le réacteur.

Les crayons dont le .-..

:o-iliil• combustible est épuisé sont déchargés.

Cette opération se déroule sous 10 mètres d'eau pour faire écra n aux particules perforantes qui peuvent être émises au cours de la manipulation .

Ils passent un an dans une piscine de désactivation, temps nécessaire à la chute de leur radioactivité, puis on les stocke dans des containers blindés et ignifugés appelés « châteaux ».

Les châteaux sont ensuite acheminés par rail jusqu'aux centres de retraitement RfiRAITEMENT ET STOCKAGE Les opérations de retraitement sont effectuées à l'usine de la Hague , en LA CATASTROPHE DE TCHERNOBYL Le 26 avril1986, à 1 h 23, les ingénieurs de la centra le nucléaire de Tchernobyl.

en Ukraine, procèdent à des essais dans des conditions instables sur le réacteur n°4.

Le contrôle leur échappe et la réaction s'emballe, provoquant l'ébullition de l'eau du circuit d e refroidissement et une brusque augmentation de puissance .

L'insertion des barr es de contrôle ne suffit pas à faire chuter la pression et une première explosion souffle la dalle supérieure du réacteur- qui pèse pourtant 2 000 tonnes .

La chute de pression dans les tubes de force provoque une ébullition générale et une nouv elle augmentation de puissance qui entraîne une seconde explosion.

Cinq tonnes de combust ible radioactif sont projetées dans l'atmosphère.

Le cœur du réacteur principal est béant; il continuera de brûler pendant 10 jours.

Vingt-huit des sauveteurs qui sont intervenus, gravement irradiés, meurent dans les jours qui suivent Dan s un premier temps les dirigeants soviétiques nient la catastrophe.

Pourtant dés le lendemain, l'évacuation des villes de T chernoby1 et Pripiat commence ; au total, 130 000 personnes sont mises à l 'abri.

On constate aujourd'hui, en Ukraine, Russie et Biélorussie, un nombre alarmant de cancers de la thyroïde dus à l'Iode radioactif craché par le réacteur.

Quant aux autorités de l'époque, elles s 'en tenaient fin 1986, au bilan de 31 morts et 277 blessés ...

France, et de Sellafield, au Royaume­ Uni.

Aprè s un nouveau temps de stockage sous eau de deux ans pour perdre encore de leur radioactivité, les pastilles d'uranium sont retraitées de manière à en isoler l'uranium et le plutonium encore utilisables des autres produits radioactifs qui seront simplement entreposés jusqu'à la pert e de toute leur radioactivité .

~essentiel des opérations de traitement de ces produits destinés au stockage consiste à en réduire le volume tout en assurant leur non-dissémination.

Une fois isolés, ils sont dans un premier temps stockés sous forme liquide dans des cuves réfrigérées pour une durée de 5 ans.

Ils sont ensuite incorporés dans du verre en fusion et entreposés sous cette forme dans des sites géologiques profonds où ils ne risquent pas de contaminer le milieu.

Après compactage, le volume total de déchets produit par un an d 'activité d 'une centrale nucléaire moyenne est d'environ 2 m '.

Ainsi, en 20 ans, les déchets produits par l'ensemble des centrales nucléaires françaises représentent le volume d'une piscine moyenne.

Un Slll'alphage de béton et d'acier M coulé e n 1986 pour confiner le réacteur.

La piscine dans laquelle baign ait le réacteur a été drainée par un tunnel de 160 mètres, à 6 mètres sous le sol.

et le vide ainsi créé rempli de béton .

Pour stopper toute infiltration d'eau contaminée dans la nappe phréatique -on estime à un million de litres la quantité d'eau radio active encore présente dans l'enceinte de la centrale nucléaire -le sol a été gelé par injection d'azote liquide.

Dès octobre 1986 , le réacteur n'1 reprenait son service normal.

suivi, quelques mois plus tard, par les réacteurs 2 et 3.

Après le passage du nuage radioactif qui a traversé l'Ukraine , la Biélorussie , la Finlande, la Scandinavie, la Pologne , l'Allemagne, la France et l'Italie , un certain nombre de produits alimentaires ont été interdits à la consommation par mesure de précaution .

Cet accident très grave a fortement marqué l'opinion publique européenne.

Ainsi, l'Autriche a décidé de se passer du nucléaire , et l'Allemagne devrait démanteler toutes ses centrales à l'horizon 2020.. »