Principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire

Une centrale nucléaire fonctionne en principe avec une partie nucléaire (fission nucléaire) et une partie conventionnelle (production d'énergie). Trois circuits s'y déroulent au total : le circuit primaire, le circuit secondaire et le circuit de refroidissement.

Dans la partie nucléaire se trouve la cuve de pression du réacteur remplie d'eau et contenant les barres de combustion dans lesquelles l'énergie thermique est produite par fission nucléaire. Des éléments de commande sous forme de barres de contrôle en bore et en cadmium régulent le flux des neutrons de fission de manière à ce qu'il y ait suffisamment de neutrons réactifs pour une réaction en chaîne contrôlée visant à la fission des noyaux d'uranium 235.

La réaction en chaîne de la fission nucléaire génère de la chaleur dans le réacteur, qui doit être évacuée. C'est à cela que sert le circuit primaire, qui refroidit le processus de fission dans la cuve sous pression du réacteur et peut ainsi être utilisé comme source de chaleur pour produire de la vapeur. Un générateur de vapeur est placé à côté de la cuve sous pression. Celui-ci utilise la chaleur du circuit primaire pour produire de la vapeur d'eau qui passe dans le circuit secondaire par un processus circulaire habituel avec une turbine à vapeur.

Dans le circuit secondaire, non nucléaire, la vapeur produite passe par une turbine qui entraîne un générateur pour produire de l'électricité. Le générateur transforme l'énergie cinétique de la turbine en énergie électrique. L'électricité produite est ensuite acheminée vers le réseau électrique via un transformateur.

Le circuit tertiaire est le circuit de refroidissement du système de vapeur. Il absorbe dans le condenseur l'énergie thermique résiduelle de la vapeur qui quitte la turbine et l'évacue. La vapeur se condense alors entièrement en eau et peut être renvoyée au générateur de vapeur pour être à nouveau vaporisée. L'énergie excédentaire est évacuée vers une tour de refroidissement.

La séparation stricte du circuit primaire des autres circuits est indispensable pour éviter que l'eau contaminée par la radioactivité du circuit primaire ne se propage dans l'environnement.

• Réducteur de pression DM 652 - Alimentation en air comprimé
• Vanne d’aération et de dégazage EB 1.12 - Circuit d'eau de refroidissement
• Réducteur de pression DM 510 - Circuit d'eau de refroidissement
• Réducteur de pression DM 505 - Alimentation en azote

Différents types de réacteurs sont utilisés dans les centrales nucléaires. Ceux-ci se distinguent principalement par les combustibles nucléaires, les circuits de refroidissement et les modérateurs utilisés. Les principaux en sont :

Le réacteur à eau légère (REL) utilise de l'eau normale « légère » (H₂O) comme réfrigérant du réacteur et modérateur. Le combustible nucléaire est de l'oxyde d'uranium pur ou un oxyde mixte d'uranium et de plutonium. Les réacteurs à eau légère existent en deux variantes : le réacteur à eau pressurisée (REP) et le réacteur à eau bouillante (REB). Dans le cas du REP, la chaleur de la zone de fission est évacuée par de l'eau sous haute pression (environ 160 bars), ce qui permet d'obtenir une température élevée de l'eau dans le circuit primaire. Dans le cas du REB, une partie de l'eau de refroidissement bout à l'intérieur du réacteur et entraîne directement les turbines. 
 
Le réacteur à eau lourde (REL) utilise de l'eau « lourde » (D₂O) comme réfrigérant du réacteur et modérateur. Cette eau a de bonnes propriétés de freinage et une faible absorption des neutrons. Cela permet d'utiliser comme combustible de l'uranium naturel avec une proportion massique de 235U d'environ 0,7 %.

Le RBMK est un réacteur à eau bouillante à tubes sous pression qui utilise deux modérateurs : l'eau et le graphite. Il est donc possible d'utiliser de l'uranium avec une répartition isotopique naturelle pour son fonctionnement. L'installation permet de remplacer les éléments combustibles en cours de fonctionnement. Il s'agit d'un type de réacteur soviétique qui n'est plus reconstruit depuis la catastrophe de Tchernobyl

Le réacteur à neutrons rapides (surgénérateur) produit du plutonium fissile à partir d'uranium naturel pendant son fonctionnement, ce qui permet une meilleure utilisation du combustible. Le sodium liquide est utilisé comme agent de refroidissement à la place de l'eau, car ce type de réacteur nécessite des neutrons rapides. Cela pose de gros problèmes de sécurité, car le sodium réagit de manière fortement exothermique avec l'eau et peut s'enflammer.

Le réacteur à haute température (RHT) fonctionne à une température relativement élevée (jusqu'à 950 °C). Ici, le combustible se trouve dans des billes de graphite de la taille d'une balle de tennis, qui sert de modérateur. Le refroidissement est assuré par de l'hélium. Avec ce modèle, la fusion du cœur est considérée comme exclue, toutefois ce type de réacteur ne s'est pas imposé.