
Refroidissement du combustible
Evacuer la chaleur dégagée
Pour assurer la sĂ»retĂ© dâun rĂ©acteur, il faut maĂźtriser le refroidissement du combustible, câest-Ă -dire lâĂ©vacuation efficace de la chaleur qui sâen dĂ©gage. Cet impĂ©ratif doit ĂȘtre satisfait en permanence : aussi bien pendant la marche du rĂ©acteur, quâaprĂšs son arrĂȘt normal ou accidentel.
Deux des trois accidents majeurs de lâhistoire du nuclĂ©aire eurent pour origine un dĂ©faut de refroidissement. A Three Mile Island en 1978, lâaccident se limita Ă la perte dâun 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 lâorigine des relĂąchements majeurs de matiĂšres radioactives dans lâenvironnement survenus aprĂšs plusieurs jours.
Le circuit primaire
La circulation de lâeau primaire est assurĂ©e par un groupe de motopompes et un pressuriseur, reliĂ© Ă la branche chaude de lâune des boucles primaires, maintient lâeau 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 dâeau et lâĂ©vacuation de la chaleur.
© EDF/Electra ©
Dans un rĂ©acteur REP la chaleur due aux rĂ©actions de fission est Ă©vacuĂ©e par lâeau primaire qui baigne les assemblages de combustible. Entre lâentrĂ©e et la sortie de la cuve, la tempĂ©rature de lâeau augmente dâenviron 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 lâeau du circuit secondaire. Dans la rĂ©gion centrale du cĆur 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 dâuranium 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 lâĂ©vacuation 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 lâeau primaire soit Ă la bonne pression, quâelle 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 quâils soient parfaitement alimentĂ©s par lâeau du circuit secondaire.
Lâinstallation doit ĂȘtre capable dâassurer le refroidissement du cĆur en cas de rupture dâune des nombreuses dĂ©rivations dâeau branchĂ©es sur le circuit primaire, mais Ă©galement dans le cas dâune rupture majeure sur une tuyauterie principale.
Un autre refroidissement doit ĂȘtre impĂ©rativement assurĂ© aprĂšs un arrĂȘt normal ou dâurgence du rĂ©acteur. LâarrĂȘt 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 lâarrĂȘt encore 5% de la puissance thermique du rĂ©acteur. Le refroidissement se fait dâune maniĂšre diffĂ©rente (on ne produit plus dâĂ©lectricitĂ© ! ) qui nĂ©cessite une source dâeau 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 lâarrivĂ©e du tsunami, la chaleur des dĂ©sintĂ©grations dans la cuve Ă©taient normalement Ă©vacuĂ©e. Dans le cas de lâunitĂ© 1, la vapeur sortant de la cuve Ă©tait condensĂ©e dans un Ă©changeur de chaleur, puis retournait dans la cuve. Lâeau secondaire vaporisĂ©e Ă©tait Ă©vacuĂ©e hors du bĂątiment et remplacĂ©e par de lâeau froide injectĂ©e Ă partir dâune source extĂ©rieure. Quand le tsunami inonda les gĂ©nĂ©rateurs diesel et les Ă©quipements Ă©lectriques de secours, les pompes et injections dâeau tombĂšrent en panne. Le refroidissement de la cuve fut interrompu ce qui dĂ©clencha sa montĂ©e en tempĂ©rature puis lâaccident.
© IN2P3 (Source AREVA) ©
Les accidents comme ceux dâune rupture majeure sur une tuyauterie principale provoquent lâarrĂȘt 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 : câest le « systĂšme dâinjection de sĂ©curitĂ© » qui comporte plusieurs dispositifs pour couvrir toutes les situations envisageables.
Ces dispositifs diffĂšrent par la pression Ă laquelle ils sont capables dâinjecter de lâeau dans le circuit primaire et leur dĂ©bit. Citons : le systĂšme de sĂ©curitĂ© Ă haute pression conçu pour injecter de lâeau Ă une pression supĂ©rieure Ă la pression normale ( ce dispositif a pour but de faire face Ă une fuite assez sĂ©rieuse) ; lâinjection de sĂ©curitĂ© Ă basse pression qui intervient quand la pression est descendue en dessous dâune dizaine de bars (dâatmosphĂšres) et qui intervient dans le cas dâune fuite dâeau trĂšs importante.
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