Réacteur à eau pressurisée - Définition
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Introduction
Le réacteur à eau pressurisée ou REP (PWR pour Pressurized Water Reactor en anglais) est une technique de réacteur nucléaire dite de deuxième génération. C'est la filière de réacteurs nucléaires la plus répandue dans le monde en 2006. Elle est utilisée dans l'immense majorité des navires à propulsion nucléaire et les 58 réacteurs français de puissance en fonctionnement utilisent cette technique.
Le combustible nucléaire d'un REP est de l'oxyde d'uranium faiblement enrichi : la proportion d'isotope U-235 fissile varie de 3 à 5 % selon les pays. Le combustible se présente sous la forme de pastilles empilées et maintenues dans des gaines en zircaloy appelées crayons. 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 entre les 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. À proximité d'un REP, on trouve aussi parfois une tour de réfrigération pour refroidir et condenser la vapeur à la sortie de la turbine.
Fonctionnement
Le contrôle de la réaction est assuré par la concentration de 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 : 296 °C (en entrée de cuve du réacteur) - 327 °C (en sortie de cuve) ;
- débit : environ 60 000 m³/h.
Plusieurs générateurs de vapeur (3 à 4) situés dans l'enceinte du réacteur transfèrent la chaleur de la chaudière nucléaire (circuit primaire) vers le circuit secondaire comportant la turbine à vapeur.
En sortie des générateurs de vapeur, la vapeur d'eau possède les caractéristiques moyennes suivantes :
- pression : 55 bar ;
- température : 270 °C ;
- débit : 7000 m³/h.
La vapeur haute pression (HP) est détendue dans le corps HP de la turbine, puis surchauffée avant de poursuivre sa détente dans les corps basse pression (BP). La turbine entraîne un alternateur qui produit l'électricité.
Le rendement global de conversion de la chaleur en électricité est d'environ 33 %.
À la sortie de la turbine, la vapeur passe dans un condenseur afin de condenser l'eau et d'extraire certains gaz incondensables (tels le dioxygène) de l'eau. Cette eau est ensuite réchauffée avant de retourner aux générateurs de vapeur.
La chaleur du circuit secondaire est transférée au circuit tertiaire. Le circuit tertiaire est :
- soit envoyé dans une tour de réfrigération, pour être réparti en fines gouttelettes, ce qui permet un bon échange entre l'eau et l'air et donc ramène l'eau à une température ambiante. Une partie de l'eau s'évapore (environ 500 L/s), le reste est pompé dans le bassin situé en dessous de la tour et retourne refroidir le condenseur. L'eau évaporée est remplacée par de l'eau venant d'un fleuve ou d'une rivière ;
- soit déversé dans un fleuve, une rivière ou la mer, ce qui augmente la température au moins localement. L'eau qui sert au refroidissement du réacteur est pompée plus en amont dans le fleuve, la rivière ou la mer.
