En gros, une centrale nucléaire sert à produire de l'électricité, à partir des réactions nucléaires, vues précédemment. Dans une centrale nucléaire, on va effectuer de la fission d'atomes d'Uranium. Le principe est le suivant : on va faire chauffer de l'eau grâce à la chaleur produite par la réaction, pour obtenir de la vapeur qui fera tourner des turbines, qui produiront de l'électricité.

Voici des explications sur le fonctionnement d'une centrale...

• La fission dans le réacteur.

Nous savons que c'est de l'Uranium qui va être fissionné dans la réaction nucléaire. Des barres d'Uranium sont utilisées pour cela. L'Uranium 235 est, on l'a vu, instable, et s'il capte un proton, il va fissionner. Dans l'Uranium extrait, la teneur en Uranium 235 est de 0,7%. Le reste est de l'Uranium 238 (non fissile). Pour obtenir une réaction plus importante, on va enrichir l'Uranium des barres en Uranium 235. 

Nous avons vu que quand un atome était fissionné, il éjectait 2 ou 3 neutrons. Et bien ce sont ces neutrons éjectés qui vont être capté par les autres atomes d'Uranium fissiles dans les barres. A leur tour, il vont se casser, et libérer deux ou 3 neutrons, etc. etc. C'est la réaction en chaîne. Allez, faîtes tout sauter avec cette animation sur la réaction en chaîne !

Lorsque les atomes se cassent, ils libèrent de l'énergie (les éclairs), sous forme de rayonnement gamma, mais aussi sous forme de chaleur. Et bien c'est cette chaleur qui va chauffer l'eau !

Dans le réacteur, l'Uranium n'est pas jeté dans un trou dans lequel on laisse faire la réaction en chaîne sans contrôle. Tout d'abord, l'Uranium est utilisé sous forme de pastilles, de 8mm de diamètre, que l'on insère dans des tubes long et fins, tubes que l'on regroupe encore dans des éléments appelés éléments combustibles. Dans le réacteur, on peut mettre environ 150 éléments combustibles. Ils ressemblent à des grandes tours rectangulaires.

Avec la réaction en chaîne, les neutrons propulsés par les atomes fissionnés ont une très grande vitesse. A un tel point que si rien ne les ralentit, ils ne peuvent pas êtres captés par les atomes fissiles. C'est pour cela que le modérateur est utilisé. Il va permettre de ralentir les neutrons, et ainsi perpétuer la réaction en chaîne. Un autre système permet lui de réguler le nombre de neutrons qui sont utilisés dans la réaction. Entre les éléments combustibles, des barres de commandes, composées généralement de bore ou de cadmium, peuvent être baissées plus ou moins. C'est barres ont la propriété de capter les neutrons (elles sont dites neutrophages), et ainsi, en cas de problèmes, la réaction peut être stoppée immédiatement. Si la réaction en chaîne dérape, qu'il y a trop de fissions qui se produisent et qu'une quantité anormalement élevée d'énergie est produite, les opérateurs en salle de contrôle n'ont qu'à baisser ces barres, qui, en absorbant tous les neutrons, arrêtent (deux secondes suffisent) la réaction en chaîne.

Pour que la fission d'atomes d'Uranium 235 soit possible, les neutrons doivent être lents, si ce n'est pas le cas, les neutrons n'ont pas le temps d'être absorbé par les atomes d'Uranium 235. C'est pour cette raison que l'on utilise des modérateurs. Mais l'Uranium 238, lui, peut être utilisé dans une fission nucléaire à une seule condition. Les neutrons doivent néanmoins être rapides, pour que les atomes d'Uranium 238 ne puissent "digérer" le neutron". C'est la surgénération. L'Uranium 238 étant très majoritaire dans l'Uranium extrait, cette technique avait tout pour plaire. Mais le fiasco de la centrale exploitant cette fission à neutrons rapides, Superphénix, a mis fin à l'aventure de la surgénération en France.

• La production d'électricité.

Le but étant de faire tourner des turbines à l'aide de vapeur, une centrale est constitué de plusieurs circuits d'eau. Ils sont au nombre de trois dans la centrale.

En rouge, c'est le circuit primaire. Il y circule l'eau qui est réchauffé par la réaction en chaîne. Cette eau a une température de 320°C, et pour qu'elle soit liquide, elle est sous pression* Cette eau va circuler dans des sortes de "U", ce sont des tubes qui sont en contact avec l'eau du circuit secondaire. il n'y a pas de contact direct entre l'eau du circuit primaire et celle du secondaire. Au contact de ces U, l'eau (en bleu) est réchauffée, à tel point point qu'elle passe à l'état de vapeur. Ca y est ! On a de la vapeur ! Il ne reste plus qu'a la propulser sur des turbines, qui actionneront des alternateurs, et produiront de l'électricité. Quand il n'y en a plus, il y en a encore ! Un troisième circuit d'eau complète le tout, et il a pour but de condenser la vapeur qui a propulsé les turbines, pour la remettre à l'état liquide, grâce à l'effet alambic*. Elle peut alors reprendre le circuit. Cette eau est prise dans une rivière ou un fleuve (c'est pour cela qu'une grande partie des centrales est près d'une rivière ou d'un fleuve !). Mais après avoir condensé l'eau du circuit secondaire, cette eau est réchauffée. Il est donc dangereux de la remettre telle qu'elle dans la rivière où elle a été pompée, puisque de nombreuses bactéries et algues pourrait alors apparaître et modifier l'écosystème local. C'est pour cela qu'on utilise ces grandes tours, appelées aéro-réfrigérants. L'eau est refroidie par un énorme courant d'air (la base est ouverte, elle fait appel d'air, et tout sort par le haut), et peut être rejetée sans danger dans la rivière. Ce qui sort de ces tours n'a donc rien de radioactif ou de nocif, ce n'est que de la vapeur d'eau !

Cette application de la fission nucléaire n'est pas sans contraintes. Malheureusement, les déchets produits par cette technique sont nombreux, et très difficiles à éliminer. Des éléments radioactifs les plus dangereux aux éléments à la période radioactive très longue, les déchets nucléaires sont un vrai casse tête. En manque d'idée et de moyens, on les enfouit, en attendant de trouver mieux...

Mais il faut dire une chose, c'est que même si le nucléaire produit de dangereux déchets, plus de 80% de l'électricité en France est produite dans des centrales nucléaires. Le nucléaire est devenu une source de production d'électricité indispensable ne France, la politique du "tout-nucléaire" semble l'enfermer dans une situation désormais exceptionnelle dans le monde, la majorité des pays délaissant le nucléaire...

Voilà, nous avons fait le tour du sujet ! Vous pouvez venir voir nos conclusions...

Haut

sous pression* : où trouve t-on de l'eau liquide à plus de 100°C ? Dans une cocotte minute, voyons ! Le volume occupé par l'eau ne varie pas, vu que la cocotte est inextensible. Mais sous l'effet de la chaleur, l'eau passe à l'état de vapeur, et a alors un volume plus important. Ainsi, quand la vapeur d'eau est sous une pression assez importante, l'eau redevient liquide, mais ne baisse pas en température. Ici, c'est la même chose... retour

effet alambic* : cet effet consiste à liquéfier de la vapeur en créant un contact entre cette vapeur et quelque chose de plus froid (généralement de l'eau liquide). Par conduction, la chaleur de la vapeur va passer dans l'eau liquide. La vapeur est alors liquéfiée ! Ici, l'eau du circuit secondaire (sous forme de vapeur) est mise en contact avec de l'eau plus froide (celle du circuit secondaire), et redevient liquide, et peut alors recommencer le circuit. retour