En général :
Une centrale nucléaire se compose de trois unités principales : le réacteur - au cœur duquel se déroulent les fissions nucléaires - et les échangeurs de chaleur, ou générateurs de vapeur, dans lesquels la chaleur produite par le réacteur est transformée en vapeur; le groupe turboalternateur, où la vapeur subit une détente dans les parties à haute, moyenne et basse pression; le condenseur - parcouru par des tuyaux contenant de l'eau très froide -, qui condense la vapeur. Cette dernière est ensuite entraînée par la pompe d'alimentation qui la comprime à la pression voulue, puis est introduite dans la chaudière nucléaire.
Le réacteur :
Un réacteur contient généralement trois composés spécifiques : le combustible nucléaire; le modérateur, qui ralentit les neutrons par un nombre de chocs très faible favorisant ainsi les fissions ; le fluide réfrigérant, ou caloporteur, qui extrait la chaleur produite par les fissions. Le modérateur est constitué d'atomes légers, ce qui permet un transfert d'énergie maximal entre le neutron et ce composé. L'hydrogène de l'eau ordinaire est un modérateur efficace, mais il capture les neutrons. L'eau ordinaire est adaptée au cas de l'uranium légèrement enrichi en uranium-235. Comme modérateur, on peut également utiliser le deutérium (isotope de l'hydrogène) : il ralentit moins les neutrons, mais en capture également moins. C'est avec le deutérium que l'on constitue l'eau lourde, un modérateur qui convient parfaitement pour l'uranium naturel. Le carbone a une faible section efficace de capture; on s'en sert comme modérateur dans les réacteurs à l'uranium naturel/graphite/gaz. Dans ce cas, le caloporteur est le gaz carbonique. Les réacteurs à neutrons rapides ne contiennent pas de modérateur, les fissions étant engendrées par des neutrons à grande vitesse.
La puissance d'un réacteur nucléaire est proportionnelle au nombre de fissions par unité de temps qui s'y produisent. Le temps de vie moyen des neutrons, correspondant à l'intervalle entre deux générations de neutrons, est le paramètre essentiel de la cinétique du réacteur. Pour les dispositifs à eau ordinaire, il est égal à 2,5 10-5 s. Les neutrons retardés sont émis environ 10 s après les premiers. C'est grâce aux neutrons retardés qu'il est possible de piloter un réacteur nucléaire.
La modification de la température dans le cœur du réacteur induit une variation de sa puissance. La relation entre la variation de la température et la réactivité est donnée par le coefficient de température. Si ce dernier est positif et que la température augmente, la réactivité croît; si, au contraire, il est négatif, lorsque la température augmente, la réactivité diminue. Les réacteurs à eau ordinaire et les réacteurs à uranium naturel/graphite/gaz présentent un coefficient de température négatif. Il s'agit donc d'un système qui ne s'emballe pas, car si le système de refroidissement accusait un disfonctionnement, cela entraînerait une augmentation de la température et, par conséquent, une diminution de la réactivité.
Le mécanisme :
Le combustible nucléaire se trouve dans le cœur du réacteur ou la fission de l'atome s'accompagne à un grand dégagement de chaleur. Cette chaleur est récupérée par un fluide, le fluide caloporteur, qui circule autour du combustible. Il sort du réacteur à très haute température et passe dans un générateur de vapeur, qui transfère la chaleur à un circuit eau- vapeur. La vapeur produite fait tourner le groupe turbo alternateur, producteur d'électricité ; elle passe ensuite dans un condenseur ou elle se refroidie au contact des tubes dans lesquels passe de l'eau froide prélevée de l'extérieur ( rivière, mer…).
Les circuits d'eau :
Trois circuits indépendants participent à la production d'énergie électrique. Pour chauffer son circuit d'eau , une chaudière classique brûle du fioul ou du charbon. La centrale nucléaire procède selon le même principe, en utilisant l'uranium comme combustible. La fission des noyaux d'uranium dégage de la chaleur dans le cœur, situé dans la cuve, et élève la température de l'eau sous pression (155 bars) qui circule dans le circuit primaire. Cette chaleur est transmise au circuit secondaire par le biais d'un échangeur, le générateur de vapeur, qui transforme l'eau du secondaire en vapeur.
Comme dans toute centrale thermique, la vapeur fait tourner une turbine entraînant un alternateur qui produit de l'électricité. La vapeur, refroidie dans le condenseur, se transforme à nouveau en eau et le cycle recommence.
Pour condenser la vapeur, c'est encore de l'eau qui est utilisée ; elle est refroidie à son tour, au contact de l'air, dans le réfrigérant atmosphérique, et retourne ensuite au condenseur : c'est le circuit de refroidissement.
Le circuit primaire :
Il extrait la chaleur par la réaction nucléaire à l'intérieur des éléments combustibles et la transfère à un autre circuit complètement séparé : le circuit secondaires ou circuit eau - vapeur. Il comprend : la cuve du réacteur, les générateurs de vapeur, le pressuriseur.
Le circuit secondaire :
A coté su bâtiment réacteurs, la salle des machines abrite le groupe ,turbo-alternateur, producteur d'électricité. A la sortie des générateurs de vapeur, la vapeur set collectée par des tuyauteries qui sortent du bâtiment réacteur et viennent alimenter la turbine. Après sa poussée sur les ailettes de la turbine, la vapeur détendue est condensée ; l'eau recueillie est alors renvoyé aux générateurs de vapeur.
Le circuit de refroidissement :
La condensation de la vapeur se fait grâce à l'eau d'un troisième circuit ou circuit de refroidissement. Cette eau passe par un faisceau de tubes ( plus de 50000 ) au contact desquels la vapeur se condense. On la fait circuler à grand débit pour limiter son échauffement à une dizaine de degrés ; on la rejette ensuite dans le cours d'eau d'ou elle provient ( ou dans la mer ). Si le débit du fleuve est trop faible, on utilise des tours de refroidissement. L'eau chaude est répartie à la base de la tour sur des grilles d'ou elle ruisselle. Elle set alors refroidie au contact d'un courant d'air qui monte dans la tour. Les tours de refroidissements permettent de prélever dans le fleuve une quantité d'eau de 20 à 30 fois moins importante.
La cuve :
Elle est constitués d'un fut cylindrique en acier inoxydable, de 4 mètres de diamètre intérieur, de 13 mètres de hauteur, et de plus de 20 centimètres d'épaisseur. Elle est fermée à sa partie inférieure par un fond hémisphérique et à sa partie supérieure par un couvercle amovible. L'ensemble pèse environ 330 tonnes. L'eau entre dans la cuve à 286°C, elle descend le long de al paroi, puis remonte au centre, entre les crayons combustibles et sort à 323°C. Autour de la cuve sont disposées plusieurs " boucles " identiques ( 3 dans les centrales de 900 MW, 4 dans celles de 1300 MW ). Chaque boucle comprend un générateur de vapeur et une pompe et est reliée à la cuve par une branche d'entrée d'eau froide et une branche d'entrée d'eau chaude.
Le cœur du réacteur :
C'est la source de chaleur de la centrale. L'uranium s'y trouve sous forme de petites pastilles cylindriques de 8 mm de diamètre, empilées dans les tubes de zircaloy ( alliage à base de zirconium ) appelés " crayons " de combustible, qui sont bouchés à leurs extrémités et rendus parfaitement étanches. Les crayons sont regroupés par 264 en " assemblages " carrés de 17 crayons sur 17. On compte 157 assemblages dans une centrale de 900 MW, soit au total plus de 40000 crayons et environ 80 tonnes d'uranium (193 assemblages dans une centrale de 1300 MW ).
Les barres de commande :
Le contrôle de la réaction nucléaires se fait par l'intermédiaire de barres de commande suspendues au dessus du cœur du réacteur. Ces barres contiennent un corps qui a la propriété d'absorber les neutrons. La descente des barres dans le réacteur provoque l'absorption des neutrons et la ralentissement de al réaction en chaîne. En revanche, la réaction se poursuit quand les barres sont retirées du cœur.
Les générateurs de vapeurs :
Ils transfèrent l'énergie du circuit primaire au circuit secondaire en vaporisant l'eau du circuit secondaire. Chaque générateur de vapeur, haut de 20 mètres, contient 3300 tubes en U, d'une longueur totale de 70 Km. C'est au contact de ces tubes parcourus par l'eau chaude du circuit primaire que l'eau du circuit secondaire se vaporise. En transmettant sa chaleur, l'eau du circuit primaire se refroidit à son tour. A la sortie du générateur de vapeur, l'eau du circuit primaire est renvoyé vers la cuve par une pompe puissante, au débit de 6 à 8M3 par seconde.
Le pressuriseur :
Il est chargé de maintenir l'eau du circuit primaire sous forte pression pour l'empêcher de bouillir, alors qu'elle est portée à plus de 300°. Le pressuriseur maintient l'eau à 155bars ( 154 fois la pression atmosphérique ).
