Université Ibn Tofail Faculté des Sciences-kénitra Master Techniques Nucléaires et Radioprotection Centrale Nucléaire Nuclear Power Plant Réalisé par YOUNES MEHDAOUI Responsable du Master : Pr. Oum Keltoum HAKAM
PLAN Introduction Uranium Fabrication du combustible Fission nucléaire Fonctionnement d'une centrale nucléaire Salle de commande de la centrale nucléaire Equipe d'exploitation Maintenance Conclusion
Une centrale nucléaire est une usine de production d'électricité. Elle utilise pour cela la chaleur libérée par l'uranium qui constitue le "combustible nucléaire". L'objectif est de faire chauffer de l'eau afin d'obtenir de la vapeur. La pression de la vapeur permet de faire tourner à grande vitesse une turbine, laquelle entraîne un alternateur qui produit de l'électricité.
Ce principe de fonctionnement est le même que celui qui est utilisé dans les centrales thermiques classiques fonctionnant avec du charbon, du pétrole ou du gaz à cette différence que le combustible utilisé comme source de chaleur est constitué par l'uranium.
L'uranium est un métal radioactif présent dans les roches terrestres à des proportions différentes, avant de pouvoir l'utiliser comme combustible dans les réacteurs des centrales nucléaires, il faut l'extraire et le transformer.
L'uranium est un métal assez répandu dans le sous-sol de la Terre. Il est contenu dans des minerais, qui sont extraits de gisements à ciel ouvert ou en galeries souterraines.
Ces gisements se trouvent essentiellement en Australie, aux États-Unis, au Canada, en Afrique du Sud et en Russie.
Le minerai est réduit en petits morceaux, finement broyé et soumis à des opérations chimiques pour en extraire l'uranium. Cela permet d'obtenir un uranium très concentré, sous forme d'une poudre jaune appelée yellowcake.
1000 t de minerai donnent de 1,5 à 10 t de yellow cake, contenant 75 % d'uranium. Le yellow cake est ensuite raffiné pour le débarrasser de ses impuretés et obtenir un uranium complètement pur.
À ce stade, 1 kg d'uranium naturel est composé de 993 g d'uranium-238 et de 7 g d'uranium-235. Seul l'uranium 235 est fissilemais il n'est pas en proportion suffisante pour être utilisable dans les réacteurs des centrales. L'uranium doit donc être enrichi en uranium-235, de façon à ce qu'il en comporte entre 30 et 50 g.
Une fois enrichi, l'uranium est transformé en poudre noire. Comprimée et cuite au four, elle donne des petits cylindres d'environ 7 g et de 1 cm de long, appelés pastilles.
Les pastilles sont enfilées dans des tubes en métal de 4 m de long dont les extrémités sont bouchées, pour constituer ce que l'on appelle des crayons.
Ces crayons sont regroupés par lots dans des assemblages combustibles. Ces assemblages sont placés dans le cœur du réacteur pour le faire fonctionner.
La fission nucléaire consiste à bombarder des atomes avec des neutrons. Lorsque le noyau entre en collision avec un neutron, il se divise en deux portions quasi égales et libère des neutrons qui vont à leur tour entrer en collision avec d'autres noyaux atomiques.
Comme le montre le schéma, cette fission s'accompagne de la production de 2 ou 3 neutrons, lesquels pourront à leur tour aller heurter d'autres noyaux d'uranium, et ainsi de suite... C'est ainsi que la"réaction en chaîne" se propage.
1/ Le circuit primaire Dans le réacteur, la fission des atomes d'uranium produit une grande quantité de chaleur. Cette chaleur fait augmenter la température de l'eau qui circule autour du réacteur à 320 C. L'eau est maintenue sous pression pour l'empêcher de bouillir. Ce circuit fermé est appelé circuit primaire.
2/ Le circuit secondaire Le circuit primaire communique avec un deuxième circuit fermé, appelé circuit secondaire par l'intermédiaire d'un générateur de vapeur. Dans ce générateur de vapeur, l'eau chaude du circuit primaire chauffe l'eau du circuit secondaire qui se transforme en vapeur. La pression de cette vapeur fait tourner une turbinequi entraîne à son tour un alternateur.
Grâce à l'énergie fournie par la turbine, l'alternateur produit un courant électrique alternatif. Un transformateurélève la tensiondu courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus facilement transportédans les lignes très haute tension.
la vapeur se condense, redevient de l eau liquide et est renvoyée vers le générateur de vapeur pour un nouveau cycle. La turbine, le condenseur, la pompe et le générateur de vapeur constituent le circuit secondaire de la centrale.
3/ Le circuit de refroidissement Le condenseur est formé de milliers de tubes dans lesquels circule l eau froide prélevée à une source extérieure (rivière, mer, ). Au contact de ces tubes, la vapeur se condense et se transforme en eau.
Si il n y a pas assez d eau proche de la centrale nucléaire pour «alimenter» ces tubes en eau, la centrale va utiliser des tours de refroidissement. L eau échauffée provenant du condenseur est refroidie par le courant d air qui monte dans la tour. une grande partie de cette eau s évapore dans l atmosphère ce qui provoque des panaches blancs.
La marche d'un réacteur nucléaire peut être contrôlée avec précision. Pour le faire démarrer, l'arrêter, le faire fonctionner à différents niveaux de puissance, on agit sur l'intensité de la réaction en chaîne au moyen de barres de contrôle constituées de matériaux qui ont la faculté d'absorber les neutrons. La descente de ces barres dans le cœur du réacteur provoque l'absorption des neutrons et donc le ralentissement de la réaction en chaîne.
On peut ainsi faire varier la puissance du réacteur en enfonçant plus ou moins profondément les barres de contrôle au milieu des assemblages combustibles contenant l'uranium. En cas de situations anormales, des barres de sécurité chutent automatiquement dans le cœur, stoppant instantanément le réacteur.
L'exploitation d'une centrale nucléaire met en œuvre des technologies avancées et demande un personnel spécialement formé et entraîné. L'équipe d'exploitation compte plusieurs centaines de personnes, parfois plus de mille selon le nombre de tranches que comporte la centrale. Les agents se relaient 24 heures sur 24 pour assurer la conduite et la surveillance des installations. Il se répartissent en plusieurs catégories de métiers assurant les différentes missions de l'exploitation.
Les agents de conduite pilotent les tranches de la centrale, se relayant jour et nuit par quarts de huit heures ; -Les agents de sûreté et de radioprotection veillent à la sûreté de fonctionnement des équipements et à la sécurité radiologique du personnel ;
Les agents de sécurité assurent la protection du site ; -Les agents de maintenance surveillent et entretiennent les différents composants et matériels de la tranche ; -Les agents de la chimie et de l'environnement analysent les fluides et gaz utilisés ou rejetés par la centrale et effectuent les contrôles de l'environnement sur le site et dans le voisinage de l'installation ;
Les agents de la gestion et de l'administration gèrent le budget et assurent les tâches administratives, commerciales, de relations extérieures, de communication liées au fonctionnement de la centrale.
Une centrale nucléaire rassemble et relie entre eux, selon une organisation complexe, des milliers de composants : réservoirs, tuyauteries, vannes, pompes, filtres, câbles électriques, instruments de mesure, circuits informatiques, etc. Cet ensemble doit impérativement être maintenu en état de bon fonctionnement. C'est la condition pour garantir la sécurité du personnel, la sûreté et la performance de l'installation. Dans les centrales françaises, cette maintenance est organisée à trois niveaux complémentaires :
Maintenance quotidienne : les agents de maintenance surveillent de façon continue l'état des équipements et effectuent les réparations nécessaires. Maintenance annuelle programmée : tous les ans, chacune des tranches de la centrale est arrêtée durant 5 à 6 semaines pour un rechargement en combustible et pour des opérations d'entretien de grande ampleur.
A cette occasion, des techniciens et ouvriers venus d'entreprises extérieures apportent leur concours aux agents d'edf pour ce travail de révision. Visite décennale : tous les dix ans, une inspection complète et détaillée de la tranche est effectuée. Les principaux composants : cuve, circuit primaire, générateurs de vapeur, pressuriseurs, enceinte de confinement font l'objet d'examens et tests approfondis.
La part du nucléaire est en augmentation. Aujourd hui 16% de la production mondiale d'électricité. La France (80% production nationale), le Japon et les États-Unis totalisent 57%. Cette augmentation nécessite une amélioration de la sécurité et des solutions de traitements des déchets.
Merci pour votre attention