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Générateur de vapeur d’une centrale nucléaire : comment ça fonctionne ?

En France, l’électricité est produite pour trois quarts de la production totale au sein de centrales nucléaires, qui fonctionnent grâce à des réacteurs nucléaires suppléés par des générateurs de vapeur. Ces derniers fonctionnent en trois étapes, du circuit primaire au circuit tertiaire en passant par le circuit secondaire. L’eau passe par différents tubes, se transformant en vapeur. C’est la fumée de couleur blanche que l’on voit s’échapper des grandes cheminées des centrales nucléaires.

Les centrales nucléaires françaises produisent actuellement de l’électricité grâce à des réacteurs EPR. Ce modèle de réacteur fonctionne grâce à la fission, et sa puissance peut atteindre les 1 750 MW. Ils sont utilisés dans plusieurs pays, dont la Finlande et la Chine. La vapeur qui s’échappe des centrales nucléaires fait donc partie des rejets que ces nations doivent gérer. Dans cet article, nous allons nous pencher sur le fonctionnement exact du générateur de vapeur d’une centrale nucléaire.

Le fonctionnement d'un générateur de vapeur dans une centrale nucléaire

La vapeur d’une centrale nucléaire est produite par les différents composants du réacteur, notamment par le générateur de vapeur. Une centrale nucléaire est généralement divisée en deux sections. La première est celle où la fission produit de la chaleur. La deuxième est la partie conventionnelle, c’est là où la chaleur produite est transformée en électricité grâce à différents mécanismes dont le générateur.

Une fois que la chaleur a été produite dans le cœur du réacteur, elle est transformée dans les turbines afin de faire ressortir de la vapeur. Une centrale nucléaire à réacteur EPR dispose d’un générateur qui est composé de 3 circuits d’eau :

  • Le circuit primaire a pour rôle d’extraire la chaleur de la fission du noyau de plutonium ou d’uranium. La température de l’eau du circuit s’élève à 320°C grâce à la chaleur fournie.
  • Le circuit secondaire est un circuit fermé. C’est au sein de ce circuit que la vapeur est produite. L’eau chaude du circuit secondaire est transformée en vapeur qui alimente les turbines et l’alternateur. L’électricité produite peut aller jusqu’à 400 000 volts grâce à un transformateur.
  • Le circuit de refroidissement évacue la chaleur et refroidit la vapeur grâce à un condenseur. Le circuit primaire devient alors un circuit fermé qui n’est plus en contact avec la vapeur d’eau. En fonction de l’emplacement de la centrale, la vapeur est refroidie avec de l’eau provenant d’un fleuve ou de l’eau de mer.

À l’issue du processus, une partie s’échappe de la tour de refroidissement, produisant ce que l’on appelle le “panache de vapeur”.

Quel est le rôle du générateur de vapeur ?

Le générateur de vapeur a pour rôle principal de transformer la chaleur en vapeur grâce aux trois circuits cités précédemment. Cette vapeur va alimenter une turbine pour que l’énergie thermique soit transformée en électricité. Les échanges entre le circuit primaire et secondaire se déroulent à travers plusieurs tubes de générateurs en forme de U. La surface d’échange entre les deux circuits mesure environ 5000 m² avec un débit de 1 800 tonnes d’eau par heure. Cette surface d’échange est composée de faisceaux tubulaires composés de milliers de tubes.

Des problèmes peuvent survenir au niveau de ces générateurs de vapeur. Ils peuvent être dus à l’usure, à des défauts de la matière les composant, à des anomalies de pose, etc. L’exploitant est alors dans l’obligation de prendre des mesures correctrices ou préventives, telles que la pose de barres antivibratoires…

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Que faut-il savoir sur le générateur de vapeur ?

Le générateur de vapeur est un élément important d’un réacteur nucléaire et pour la production d’électricité. Pour mieux comprendre comment il fonctionne, il est tout aussi intéressant de connaître ses caractéristiques. 

Quelle est la masse du générateur de vapeur ?

La masse du générateur de vapeur varie en fonction du modèle. Mais, en général, il pèse entre 320 et 430 tonnes. Le diamètre de celui-ci mesure approximativement 3,5 m. En ce qui concerne la surface d’échange entre le circuit primaire et secondaire, elle mesure 5000 m². 

Quelle est la hauteur du générateur de vapeur ? 

Le générateur de vapeur mesure environ une vingtaine de mètre de long. Tout comme pour la masse, la hauteur dépend du modèle de générateur. Cette longueur accueille plusieurs compartiments, notamment les faisceaux tubulaires. 

L'EPR - ou le pressuriseur en centrale nucléaire

L’EPR (European Pressurized Reactor ou Evolutionary Power Reactor) est un réacteur nucléaire de 3e génération conçu pour la production d’électricité. L’EPR fonctionne de la même façon que les REP (réacteur à eau pressurisée). C’est un réacteur nucléaire de forte puissance qui fonctionne grâce à la fission nucléaire. La fission se produit au cœur du réacteur en utilisant les combustibles suivants :

  • L’uranium 233
  • L’uranium 235
  • Le plutonium 239
  • Le plutonium 241

La chaleur créée grâce à la fission va permettre de transformer l’eau en vapeur.

L’EPR reste tout de même une machine complexe. Son utilisation nécessite un système de sécurité efficace pour limiter les risques d’incidents. Les règlementations de sûreté des EPR ont aussi pour but de limiter au maximum la production de déchets radioactifs. Elles ont également pour objectif de réduire les risques d’accidents, surtout d’explosion, durant les réactions de fission au cœur du réacteur.

Questions fréquemment posées

Comment générer de la vapeur ?

La vapeur est générée en premier lieu grâce à la fission du noyau de plutonium ou d’uranium. La chaleur produite est alors transférée vers le circuit primaire. Cela va augmenter considérablement la température de l’eau qui y circule à travers des milliers de tubes en forme de U. Ensuite, cette eau est transférée vers le circuit secondaire où la vapeur est générée. C’est dans le circuit de refroidissement qu’elle est transformée en panache de vapeur. La production de l’électricité, quant à elle, se passe dans le circuit de refroidissement, notamment grâce à un transformateur.

C'est quoi la fumée qui sort des centrales nucléaires ?

La fumée qui s’échappe des centrales nucléaires n’est pas de la fumée mais de la vapeur, plus précisément des gouttelettes d’eau. Elle ressemble à de la fumée à cause de sa température élevée et de sa texture. Cette vapeur n’est pas radioactive et donc ne présente pas de danger immédiat pour l’environnement. Les centrales nucléaires sont d’ailleurs pourvues de dispositifs afin de réduire les rejets radioactifs et ainsi prévenir les dommages sur la faune et la flore.

D’où provient l’eau qui alimente les générateurs ?

Pour les centrales nucléaires à réacteur nucléaire EPR, l’accès à l’eau froide est très important. Les centrales sont donc le plus souvent situées près de la mer ou d’un cours d’eau à haut débit. La température joue aussi un rôle crucial dans le refroidissement au sein du circuit secondaire. L’eau de mer ou l’eau d’un fleuve va donc circuler à l’intérieur des tubes et de la surface d’échange afin de se transformer en vapeur.

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