Les centrales nucléaires à eau bouillante



Bonjour à tous, et bienvenue sur Energia, l'émission de vulgarisation technique sur les moyens de production d'énergie.

Aujourd'hui, nous allons nous attaquer aux réacteurs à eau bouillante (REB). Cet épisode sera riche en acronyme, mais ne vous inquiétez pas, je serai là pour vous les expliquer.

De l'énergie nucléaire à l'énergie électrique

Le réacteur à eau bouillante utilise le phénomène de fission nucléaire pour libérer une importante quantité de chaleur. Cette chaleur chauffe un fluide, de l'eau légère, qui se vaporise. La vapeur se détend dans une turbine et la fait tourner. L'axe de cette turbine est relié au rotor d'un alternateur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.

Les réacteurs à eau bouillante sont des réacteurs à neutrons lents. Cela signifie qu'un modérateur est là pour ralentir les neutrons et augmenter leur probabilité de rencontrer des atomes fissiles. Ce modérateur, c'est de l'eau légère sous pression.

Toutefois, l'eau légère est légèrement neutrophage (c.f. mon épisode sur les réacteurs à eau pressurisée), une petite partie des neutrons émis par la réaction vont se retrouver prisonniers dans l'eau. Pour compenser ce phénomène, on enrichit de 3% à 5% le combustible en atomes fissiles au lieu de 0,7% à l'état naturel.

Le réacteur à haut bouillante

Pour l'instant, avec ce que j'ai dit, on pourrait avoir l'impression qu'il n'y a pas de différence entre un REB et un REP (Réacteur à Eau Pressurisée). Mais dès que l'on commence à s'intéresser au fonctionnement propre d'un réacteur à eau bouillante, les différences apparaissent.

L'eau légère se vaporise dans le cœur du réacteur au contact du combustible. Cette vapeur entraine la turbine qui met en mouvement le rotor d'un alternateur.

Une fois que la vapeur sort de la turbine, elle est liquéfiée dans un condenseur (alimenté par un second circuit avec une source froide), puis est renvoyée dans la cuve.

L'évaporation de l'eau à l'intérieur du réacteur est possible car l'eau atteint 330°C sous une pression de 70 à 80 bars (contre 155 à 160 bars pour les REPs).

Une structure des centrales modifiée

Le fait que l'eau légère, radioactive, s'évapore directement dans le cœur du réacteur change considérablement la structure des centrales.

Premièrement, puisqu'il n'y a pas de circuit intermédiaire entre le cœur du réacteur et la turbine qui formerait une barrière entre la radioactivité du combustible et l'environnement, il faut renforcer l'étanchéité des circuits. La partie conventionnelle de la centrale, où se trouve la turbine, l'alternateur et le condenseur, devient une zone contrôlée.

Deuxièmement, la cuve est plus volumineuse, environ 2 fois la taille d'une cuve de réacteur à eau pressurisée et moins épaisse à cause de la pression plus basse de l'eau légère.

Troisièmement, l'emplacement des mécanismes qui ajustent les barres de contrôle permettant de réguler la réaction dans le cœur du réacteur se trouvent maintenant en dessous de la cuve (et non au dessus comme pour les REPs), car la place est déjà occupée par des séparateurs eau / vapeur et des sécheurs pour éviter d'endommager prématurément la turbine.

Ainsi, l'insertion des barres par gravité en cas d'urgence est donc impossible. Cependant, des systèmes passifs, c'est-à-dire qui ne requiert aucune énergie pour le maintien dans un état, sont installés pour monter les barres dans le coeur, mais restent plus complexes à mettre en place.

L'historique des réacteurs à eau bouillante

Au début des années 60, la commission pour la production d'électricité d'origine nucléaire (la comission PEON) a la charge du développement de l'énergie nucléaire pour assurer l'indépendance énergétique nationale.

La France possède alors quelques réacteurs, principalement UNGG (Uranium Naturel, Graphite, Gaz), technologie française développée par le CEA (Commissariat à l'Energie Atomique).

L'opposition de 2 visions

La commission PEON souhaite donner un tournant industriel à la production d'électricité d'origine nucléaire, mais 2 visions s'opposent : celle du CEA qui souhaite continuer de développer sa filière UNGG et celle d'EDF (Electrécité De France) qui veut utiliser la technologie des réacteurs américains REB et REP, plus compétitives.

Le Général de Gaulle, voyant d'un mauvais oeil cette ingérence technologique outre-Atlantique, trancha et autorisa la construction de 2 réacteurs UNGG à Fessenheim, mais permit à EDF de poursuivre les études sur les REPs entrepris avec la Belgique.

Cependant, à la fin des années 60, l'appel d'offres pour équiper Fessenheim en UNGG est un échec total, tous les fournisseurs estimant un coût de construction non compétitif. Le 13 novembre 1969, le président George Pompidou décide d'abandonner la filière nationale. À partir de cet instant, EDF prend la charge de la construction des centrales.

REB ou REP ?

Mais alors, un autre dilemme se présente : quelle filière choisir entre les réacteurs à eau bouillante et les réacteurs à eau pressurisée ?

Une fois de plus, 2 sociétés s'affrontent : framatome (la FRAnco-AMéricaine des constructions ATOMiquEs) qui possède le brevet de Westinghouse pour la technologie des réacteurs à eau pressurisée, et la CGE (Compagnie Générale d'Electricité) exploitant le brevet de General Electric pour la filière des réacteurs à eau bouillante.

À la suite d'un nouvel appel d'offres, EDF choisit la proposition de framatome moins cher que celle de la CGE.

Le 6 août 1975, le conseil des ministres décide de ne retenir qu'une seule filière, celle des réacteurs à eau pressurisée, ce qui a permis la standardisation des centrales, ouvrant la voie au parc nucléaire que nous connaissons aujourd'hui.

Les REBs dans le monde

Même si la France n'a pas choisi de construire de REBs, ça ne l'empêche pas de développer des projets de REB nouvelle génération, comme le projet Kerena d'Areva NP (Areva Nuclear Plant). L'ironie, c'est qu'en 2017, Areva NP devient framatome, ancien défenseur des réacteurs à eau pressurisée.

Le reste du monde, qui ne s'est pas concentré que sur une seule technologie de réacteur, a largement développé les réacteurs à eau bouillante représentant 21% du parc nucléaire mondial. Les 2 pays les plus nucléarisés du monde sans compter la France ont, pour les Etats-Unis, 34% du parc, et pour le Japon, 52%.

Le rendement d'un réacteur à eau bouillante est de 33%, ce qui est légèrement supérieur à celui d'un réacteur à eau pressurisée. Ce rendement traduit le pourcentage d'énergie thermique convertie en énergie électrique.

Comme vous l'aurez compris, un réacteur à eau bouillante est une technologie importante à connaître si on veut espérer comprendre la production d'électricité d'origine nucléaire ou même le nucléaire civil dans son ensemble.



Voilà ce qui conclut cet épisode. Si cet article vous a plu, n'hésitez pas à vous abonner ! Vous pouvez aussi me soutenir sur uTip.

Je vous remercie encore une fois d'avoir lu cet article et à bientôt !



Texte écrit par Lucas Willems