Quelques éléments de la propulsion nucléaire navale
Les principes des réacteurs à eau sous-pression utilisé en propulsion navale diffèrent a priori peu des réacteurs de la même filière utilisés pour la production d’électricité. Ceci tient à ce que les premiers réacteurs à eau sous-pression « électrogènes » sont des réacteurs de propulsion navale « à terre » dont la puissance a été accrue. Par contre, la finalité de l’application et l’environnement dans lequel il se trouve placé affectent profondément la conception et la technologie du réacteur de propulsion navale qui est lui embarqué.
Chaufferie compacte
Dans les SNA, les SNLE-NG (sous-marins nucléaires d’attaque et lanceurs d’engins de nouvelle génération) et le porte-avions Charles-de-Gaulle, la chaufferie est dite compacte : pour gagner de la place, le générateur de vapeur est placé directement au-dessus de la cuve contenant le cœur nucléaire. Ces chaufferies compactes ont été initialement développées pour équiper les SNA plus petits, dont le diamètre n’est que de 7 mètres. Grâce à ses nombreux avantages, dont son moindre poids et sa maintenance allégée liée à la disparition de la tuyauterie entre la cuve et le générateur de vapeur, son utilisation a été généralisée aux autres types de bâtiments.
© CEA/Défis CEA
Pourquoi embarquer un système aussi complexe qu’un réacteur nucléaire pour faire avancer un navire ? La réponse tient en deux mots : autonomie et oxygène. Contrairement aux propulseurs diesel ou diésel-éléctrique des sous-marins classiques qui nécessitaient des bouffées d’air frais et des remontées en surface, un réacteur nucléaire peut fonctionner des années avec le même cœur combustible. Et surtout il ne consomme pas d’oxygène, avantage essentiel pour un sous-marin. Il n’a pas besoin de remonter en surface pour recharger ses batteries avec le groupe diesel.
Le principe de la propulsion nucléaire navale est le suivant : un réacteur (généralement à eau sous-pression) alimente en vapeur une turbine : l’énergie mécanique de la turbine fait tourner les pales de l’hélice du navire, soit de façon directe par l’intermédiaire d’un réducteur (propulsion turbo-mécanique), soit par l’intermédiaire de l’électricité (on parle alors de propulsion turbo-électrique).
Les grands porte-avions et les brise-glaces sont équipés de deux réacteurs dont les emplacements sont confinés dans des enceintes spécialement sécurisées.
Au lieu de l’empilage classique de pastilles d’oxyde d’uranium dans des « crayons », les cœurs des réacteurs embarqués sont constitués de plaquettes rectangulaires insérées dans les alvéoles d’une grille de zircaloy, dont les deux faces sont ensuite recouvertes de plaques du même métal. Le tout est ensuite soudé. Cette géométrie particulière leur confère une résistance aux chocs, tout en facilitant les transferts thermiques.
Le cœur d’une chaudière ou chaufferie nucléaire – telle est encore le nom donné aux réacteurs de sous-marins ou de porte-avions – est conçu pour réagir très vite et atteindre la pleine puissance en quelques dizaines de secondes, contre quelques heures pour leurs homologues à terre producteurs d’électricité. Le navire peut ainsi accélérer ou décélérer brusquement. Cette modulation de la puissance du cœur est obtenue à partir de « croix de contrôles » comportant des matériaux absorbeurs de neutrons et pouvant monter et descendre entre les assemblages de combustible.
Un réacteur de sous-marin ou de porte-avion est une petite centrale électrique. Au delà de la propulsion il assure les besoins en électricité et en eau douce à bord, notamment durant les longues missions sans remonter à la surface des sous-marins.
Grand carénage d’un sous-marin nucléaire
Le sous-marin nucléaire lanceur d’engins (SNLE) Le Téméraire en grand carénage à Brest, lors d’une présentation à la presse de la DCN (Direction des Constructions Navales) le 28 avril 2006. Lors du grand carénage les sous-marins nucléaires sont inspectés de pied en cap, afin de veiller à leur bon fonctionnement. Le cœur est déchargé, mis en piscine et la cuve sondée par des robots. Un grand carénage a lieu tous les six à huit ans à l’Ile-Longue, près de Brest, pour les SNLE et à Toulon pour les SNA et le porte-avions Charles-de-Gaulle. Le bâtiment en ressort comme neuf.
© www.netmarine.net/Photo Jacques Carney
La marche d’un sous-marin doit être rendue aussi silencieuse que possible. Discrets et armés de missiles à têtes nucléaires, les SNLE (sous-marins nucléaires lanceurs d’engins) se doivent de cacher leurs 14 000 tonnes durant des mois au fond des océans. La signature acoustique des SNLE-NG de la nouvelle génération se rapproche du monde du silence. Dans la salle de contrôle à bord, ce dernier est seulement troublé par la ventilation et la détection sonar du chant des baleines, du bruit des crevettes et les traces sonores émises en surface ou dans les profondeurs par d’autres bâtiments (amis ou ennemis).
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