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Dans un réacteur nucléaire comme dans toute centrale thermique, on transforme l'énergie libérée par un combustible sous forme de chaleur en énergie mécanique, puis électrique. Dans une centrale thermique classique, la chaleur provient de la combustion du charbon ou du fioul ; dans une centrale nucléaire, elle provient de la fission de l'uranium.
Il y a fission quand un neutron libre entre en collision avec un noyau d'uranium fissile et en provoque l'éclatement. Cette rupture libère plusieurs neutrons en dégageant une certaine quantité d'énergie.
La plupart des centrales nucléaires françaises fonctionnent avec des réacteurs à eau sous pressions (REP), qui comprennent trois circuits indépendants :
- Le circuit primaire qui extrait la chaleur produite par la fission des atomes d'uranium à l'intérieur des éléments combustibles, et la transfère, grâce à des échangeurs de chaleur (ou générateur de vapeur), au circuit secondaire. L'eau du circuit primaire n'est jamais en contact avec l'eau secondaire. Le circuit primaire comprend la cuve, les générateurs de vapeur et le pressuriseur.
- Le circuit secondaire : la vapeur créée dans les générateurs de vapeur est collectée par les tuyauteries du circuit secondaire, et alimente la turbine. Après sa poussée sur les ailettes de la turbine, la vapeur détendue est condensée. L'eau recueillie est alors renvoyée aux générateurs de vapeur.
Le circuit de refroidissement : l'eau froide de ce circuit, en provenance d'un fleuve ou de la mer, permet la condensation de la vapeur du circuit secondaire. C'est l'indispensable source froide de toute machine thermique.
Le cœur du réacteur : La source de chaleur est le cœur du réacteur. L'uranium s'y trouve sous forme de petites pastilles cylindriques de 8 mm de diamètre, en oxyde d'uranium, empilées dans des tubes en zirconium, appelés gaines, parfaitement étanches : les crayons combustibles ainsi formés sont regroupés en assemblage de section carrée, qui en contiennent 264. Chaque assemblage combustible a plus de 4,5 m de hauteur, pour une masse de 700 kg environ ; on compte 193 assemblages dans une centrale de 1 300 MW, soit au total plus de 50 000 crayons, et environ 100 tonnes d'uranium, un uranium enrichi à 3 % d'uranium 235, dont les fissions fournissent l'énergie, la chaleur. On renouvelle un tiers ou un quart des assemblages chaque année.
Le circuit primaire : autour de la cuve du réacteur, sont disposées quatre boucles identiques, chaque boucle comprenant un générateur de vapeur et une pompe. De plus, un pressuriseur est chargé de maintenir l'eau du circuit primaire sous forte pression (155 bar) puisqu'elle ne doit pas bouillir alors qu'elle est portée à plus de 300°C. La salle des machines : elle abrite le groupe turbo-alternateur. On trouve sur la même ligne d'arbre les différents corps de la turbine : un corps haute pression, trois corps basse pression puis l'alternateur ; au total 74 m de longueur. Le rotor du groupe turbo-alternateur tourne à 1 500 tours/minute. A pleine puissance, le débit vapeur traversant la turbine est de l'ordre de 8 000 tonnes/heurs à une pression de 70 bar et à une température de 280°C.
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