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DECHETS RADIOACTIFS

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Refroidissement du combustible

Evacuer la chaleur dégagée

Pour assurer la sĂ»retĂ© d’un rĂ©acteur, il faut maĂźtriser le refroidissement du combustible, c’est-Ă -dire l’évacuation efficace de la chaleur qui s’en dĂ©gage. Cet impĂ©ratif doit ĂȘtre satisfait en permanence : aussi bien pendant la marche du rĂ©acteur, qu’aprĂšs son arrĂȘt normal ou accidentel.

Deux des trois accidents majeurs de l’histoire du nuclĂ©aire eurent pour origine un dĂ©faut de refroidissement. A Three Mile Island en 1978, l’accident se limita Ă  la perte d’un rĂ©acteur. A Fukushima en 2011, les rĂ©acteurs Ă©taient arrĂȘtĂ©s quand le tsunami noya et mit hors service les installations Ă©lectriques de secours mal protĂ©gĂ©es. La perte du refroidissement fut Ă  l’origine des relĂąchements majeurs de matiĂšres radioactives dans l’environnement survenus aprĂšs plusieurs jours.

Le circuit primaire
La circulation de l’eau primaire est assurĂ©e par un groupe de motopompes et un pressuriseur, reliĂ© Ă  la branche chaude de l’une des boucles primaires, maintient l’eau Ă  la pression nominale de 155 bars et limite les variations de pressions lorsque la charge du rĂ©acteur varie. Il est essentiel de garantir en toutes circonstances, grĂące Ă  des dispositifs de secours, la circulation d’eau et l’évacuation de la chaleur.
©  EDF/Electra ©

Dans un rĂ©acteur REP la chaleur due aux rĂ©actions de fission est Ă©vacuĂ©e  par l’eau primaire qui baigne les assemblages de combustible. Entre l’entrĂ©e et la sortie de la cuve, la tempĂ©rature de l’eau augmente d’environ 40 °C (grosso modo de 280 Ă  320 °C), et elle redescend de 40°C dans les gĂ©nĂ©rateurs de vapeur, oĂč la chaleur Ă©vacuĂ©e sert Ă  vaporiser l’eau du circuit secondaire. Dans la rĂ©gion centrale du cƓur du rĂ©acteur, lĂ  oĂč les crayons dĂ©gagent la plus forte puissance, le gainage est portĂ© Ă  prĂšs de 400 °C et la tempĂ©rature au centre des pastilles d’uranium dĂ©passe 1 000 °C. Les variations de puissance de courte durĂ©e qui se traduisent par une Ă©lĂ©vation brĂšve de tempĂ©rature sont Ă©vacuĂ©es par les gĂ©nĂ©rateurs de vapeur et divers contournements.

On ne peut se permettre la moindre interruption de l’évacuation de la chaleur, sinon les tempĂ©ratures du gainage et du combustible augmenteraient rapidement, ce qui provoquerait des ruptures, voire la fusion des gaines et une fusion plus ou moins complĂšte des pastilles combustibles. Pour que tout ceci fonctionne bien, il faut que l’eau primaire soit Ă  la bonne pression, qu’elle circule parfaitement et que la chaleur dĂ©gagĂ©e soit Ă©vacuĂ©e au fur et Ă  mesure. Les gĂ©nĂ©rateurs de vapeur jouent lĂ  un rĂŽle primordial : cette Ă©vacuation suppose qu’ils soient parfaitement alimentĂ©s par l’eau du circuit secondaire.

L’installation doit ĂȘtre capable d’assurer le refroidissement du cƓur en cas de rupture d’une des nombreuses dĂ©rivations d’eau branchĂ©es sur le circuit primaire, mais Ă©galement dans le cas d’une rupture majeure sur une tuyauterie principale.

Un autre refroidissement doit ĂȘtre impĂ©rativement assurĂ© aprĂšs un arrĂȘt normal ou d’urgence du rĂ©acteur. L’arrĂȘt interrompt les rĂ©actions de fission, mais non les dĂ©sintĂ©grations des atomes radioactifs prĂ©sents qui continuent de dĂ©gager une chaleur intense : elle reprĂ©sente immĂ©diatement aprĂšs l’arrĂȘt encore 5% de la puissance thermique du rĂ©acteur. Le refroidissement se fait d’une maniĂšre diffĂ©rente (on ne produit plus d’électricitĂ© ! ) qui nĂ©cessite une source d’eau froide extĂ©rieure. Il faut pouvoir injecter cette eau froide dans les Ă©changeurs de chaleur.

Pannes du refroidissement Ă  Fukushima
Les rĂ©acteurs Ă  eau bouillante de Fukushima avaient Ă©tĂ© stoppĂ©s lors du tremblement de terre du 11 mars 2011. Avant l’arrivĂ©e du tsunami, la chaleur des dĂ©sintĂ©grations dans la cuve Ă©taient normalement Ă©vacuĂ©e. Dans le cas de l’unitĂ© 1, la vapeur sortant de la cuve Ă©tait condensĂ©e dans un Ă©changeur de chaleur, puis retournait dans la cuve. L’eau secondaire vaporisĂ©e Ă©tait Ă©vacuĂ©e hors du bĂątiment et remplacĂ©e par de l’eau froide injectĂ©e Ă  partir d’une source extĂ©rieure. Quand le tsunami inonda les gĂ©nĂ©rateurs diesel et les Ă©quipements Ă©lectriques de secours, les pompes et injections d’eau tombĂšrent en panne. Le refroidissement de la cuve fut interrompu ce qui dĂ©clencha sa montĂ©e en tempĂ©rature puis l’accident.
© IN2P3 (Source AREVA) ©

Les accidents comme ceux d’une rupture majeure sur une tuyauterie principale provoquent l’arrĂȘt immĂ©diat du rĂ©acteur, mais il faut comme prĂ©cĂ©demment Ă©vacuer la puissance rĂ©siduelle encore trĂšs importante due aux dĂ©sintĂ©grations radioactives qui dĂ©croĂźt lentement. Un systĂšme de sĂ©curitĂ© est conçu pour assurer cette parade : c’est le « systĂšme d’injection de sĂ©curitĂ© » qui comporte plusieurs dispositifs pour couvrir toutes les situations envisageables.

Ces dispositifs diffĂšrent par la pression Ă  laquelle ils sont capables d’injecter de l’eau dans le circuit primaire et leur dĂ©bit. Citons : le systĂšme de sĂ©curitĂ© Ă  haute pression conçu pour injecter de l’eau Ă  une pression supĂ©rieure Ă  la pression normale ( ce dispositif a pour but de faire face Ă  une fuite assez sĂ©rieuse) ; l’injection de sĂ©curitĂ© Ă  basse pression qui intervient quand la pression est descendue en dessous d’une dizaine de bars (d’atmosphĂšres) et qui intervient dans le cas d’une fuite d’eau trĂšs importante.