Notions sur la production électrique nucléaire française

     Au moment où se prépare le Grenelle de l’environnement, il est peut-être utile de rappeler quelques points concernant le nucléaire civil: quelle part de l’énergie électrique d’origine nucléaire, quel fonctionnement des centrales et pour quelles vulnérabilités environnementales ?

La production d’énergie électrique en France

En 2005 d’après DGEMP / Observatoire de l’énergie, avril 2006 : Électricité en France : les principaux résultats en 2005 et en production brute :

• la contribution du parc nucléaire atteint 451,5 TWh, en progression de 0,7% ;

• la production hydraulique chute à nouveau fortement (-12,4%) et atteint à peine les 57,9 TWh ;

• la production thermique classique rebondit (+11,0%) avec 65,9 TWh, le niveau de production thermique répond à l’important déficit hydraulique ;

• la production éolienne passe de 0,6 TWh en 2004 à 1,0 TWh en 2005.

La production totale nette[1] d’électricité s’élève donc à 549,4 TWh (+0,1%) et se répartit en 430,0 TWh nucléaires (78%), 57,2 TWh hydrauliques et éoliens (11%) et 62,2 TWh thermiques classiques (11%).

Fonctionnement

     Une centrale nucléaire est une centrale utilisant la fission nucléaire pour produire une chaleur dont une partie sera récupérée pour être transformée en électricité « transportable ».

1.       La fission des atomes engendre de la chaleur, énergie nucléaire.

2.     A partir de cette chaleur, on fait chauffer de l’eau.

3.       L’eau ainsi chauffée permet d’obtenir de la vapeur.

4.       La pression de cette vapeur fait tourner une turbine, énergie mécanique.

5.       La turbine entraîne alors un alternateur qui produit de l’électricité

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La différence essentielle entre une centrale nucléaire et une centrale thermique « classique » réside donc dans le remplacement de chaudières à combustibles fossiles (fuel, charbon…) par un réacteur nucléaire. Il existe différentes filières de centrales, chacune se caractérisant par l’association de trois éléments principaux :

• le combustible : uranium naturel, uranium enrichi ou plutonium ;

• le modérateur : soit le type de substance utilisée pour favoriser le développement de la réaction en chaîne : eau ordinaire, eau lourde ou graphite ;

• la caloporteur : soit le fluide en charge de « transporter » la chaleur produite par la fission  du combustible nucléaire : eau ordinaire sous pression ou en ébullition, eau lourde, gaz carbonique, sodium ou hélium… 

     Les centrales nucléaires françaises appartiennent à la filière dite REP, eau sous pression. Le combustible nucléaire est générallement de l’uranium enrichi, alors que le modérateur et le caloporteur sont de l’eau ordinaire sous pression. Cette filière REP est également la plus répandue dans le monde. Le schéma et l’explicatif suivant sont extraits d’après le site internet de la  Société française d’énergie nucléaire

Schéma de fonctionnement d’un Réacteur à Eau sous Pression (REP)

Le circuit primaire est donc en charge d’extraire de la chaleur à partir d’un uranium légèrement enrichi (isotope 235). Celui-ci est conditionné sous forme de petites pastilles empilées dans des gaines métalliques étanches placées dans une cuve en acier remplie d’eau. Cet ensemble forme le cœur du réacteur, c’est à dire le siège de la réaction en chaîne qui porte l’eau de la cuve à plus de 300°C. Celle-ci est alors maintenue sous pression pour éviter toute ébullition et circule dans un circuit fermé appelé circuit primaire.

Le circuit secondaire est en charge de produire la vapeur d’eau. Circulant au contact des tubes du circuit primaire, il y a transmission de chaleur à l’eau du circuit secondaire. Celle-ci s’échauffe et se transforme en une vapeur qui va faire tourner la turbine entraînant l’alternateur qui produit l’électricité. Après son passage dans la turbine, la vapeur est condensée et renvoyée vers le générateur de vapeur pour un nouveau cycle.

Le circuit de refroidissement est précisement en charge de condenser cette vapeur et d’évacuer les surplus de chaleur. Pour que tout système fonctionne en continu, il faut en assurer le refroidissement. Voilà qui est précisément le but de ce troisième circuit indépendant des autres : condenser la vapeur en sortie de turbine. Pour cela est aménagé un condenseur, appareil formé de milliers de tubes afin de maximiser la surface de contact avec l’eau à refroidir. Ces tubes sont alimentés en eau froide par une source extérieure, le plus souvent un cours d’eau. Au contact des tubes, la vapeur d’eau se condense pour redevenir une eau liquide. L’eau du condenseur est par suite rejetée au milieu, légèrement échauffée.

Si le débit de la rivière est trop faible, ou si l’on veut limiter son échauffement, on utilise également des tours de refroidissement aéroréfrigérantes. L’eau échauffée provenant du condenseur est donc répartie à la base de la tour pour être est refroidie au contact du courant d’air ascendant qui parcours la tour. L’essentiel de cette eau retourne ensuite vers le circuit de refroidissement tandis qu’une partie s’évapore dans l’atmosphère, d’où ces panaches de fumée blanche caractéristiques.

Vulnérabilités environnementales

     Sans parler du problème de  l’élimination  des déchets et du risque d’accident grave de fonctionnement, nous savons maintenant que pour exploiter l’énergie nucléaire en France, il est nécessaire de disposer d’une source d’eau chaude et d’une source d’eau froide.

Pour un réacteur de type REP, la source chaude est donc fournie par l’eau du circuit primaire, à une température moyenne - 300°C - variable selon la puissance des centrales. La source d’eau froide est quant elle fournie par l’eau d’un fleuve ou de la mer, ou encore par l’air ambiant circulant dans des tours aéroréfrigérantes.

Sur ce dernier point certaines vulnérabilités environnementales sont donc à prendre en considération dans un contexte de variations climatiques accentuées, tant en termes de canicule et sécheresse prolongée, que d’inondation:

• des réacteurs nucléaires arrêtés car impossibles à refroidir (eau des rivières trop chaude) ;

• des réacteurs nucléaires arrêtés pour débit de rivière insuffisant (limites légales atteintes) ;

• des réacteurs nucléaires arrêtés par inondation des centrales situées notamment en bord de mer.

Voir à ce sujet le bilan de la canicule 2003 pour le nucléaire français du RSN.

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[1] La production nette est la production brute diminuée de l’autoconsommation nécessaire pour la production.