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CENTRALE NUCLEAIRE
LES REACTEURS A EAU SOUS PRESSION
La chaleur dégagée par les fissions est transférée à de l'eau, le caloporteur, qui refroidi le cœur et est chauffé à 320°C, et est à une pression de 157 atmosphères pour ne pas se transformer en vapeur. Le coefficient K varie en fonction de la concentration d'acide borique et des barres de contrôle. Ces barres de carbone peuvent rentrer et sortir du coeur et ainsi arrêter ou augmenter le nombre de fissions.
Le caloporteur arrive dans un générateur de vapeur et en se refroidissant fait bouillir l'eau d'un second circuit. La vapeur tourne dans une turbine qui entraîne un alternateur et produit l'électricité. Puis cette vapeur va dans un condensateur, où l'eau d'une rivière ou de la mer la refroidie. Une fois refroidie, elle retourne dans le générateur à vapeur.
Il existe deux filières principales pour le combustible des réacteurs. L'un est de l'uranium 238 avec 4% d'uranium 235, l'autre utilise du MOX qui remplace 1/3 du combustible par du plutonium 239 que l'on obtient par rajout de neptunium 239. Elles sont utilisées par des réacteurs différents mais fonctionnent de la même façon.
La Fission dans les Réacteurs (imagerie page 84)
L'uranium 235 capte un neutron lent
Le noyau instable éclate en des noyaux plus légers et libère des neutrons dont trois sont utilisables
Les neutrons jaillissent avec une grande vitesse (2MeV) et sont ralentis par des collisions avec des protons qui parfois les absorbent
Les neutrons sont absorbés par l'uranium 238 qui se transforme lentement en plutonium 239
Les modérateurs, uranium 238, sont disposés de façon à ce qu'un seul des trois neutrons utiles de la fission soient disponibles pour être absorbés par l'uranium 239
Et recommencer ainsi indéfiniment
On appelle K le facteur de multiplication, il est de 1 dans le coeur d'une centrale, c'est-à-dire que le nombre de fission n'augmente pas avec le temps.
K > 1, système sur-critique ; K = 1, système critique ; K < 1, système sous-critique.
(K doit être le plus grand possible dans une bombe atomique).
LE CYCLE DU COMBUSTIBLE
Les transports de matières radioactives dû à ce cycle présente certains risques : Ils sont de quatres types :
- irradiation
- contamination
- criticité (pour ce qui concerne la protection des personnes, des biens et de l'environnement)
- vol ou détournement (pour ce qui concerne la sécurité des matières)
L'EXTRACTION DE L'URANIUM DU MINERAI
L'uranium est un métal relativement répandu sur la terre, il ne s'extrait par directement sous sa forme pure car il est combiné avec de la roche. Les roches les plus riches sont appelées minerais uranifères. Les principaux gisements sont en Australie, aux USA, au Canada, en Afrique du Sud et en Russie, mais aussi en France.
LA CONCENTRATION ET LE RAFFINAGE DE L'URANIUM
La teneur en uranium dans les minerais uranifères est assez faible (0,1 à 0,5% de la masse initiale). Les roches sont donc broyées finement et l'uranium est extrait par des opérations chimiques. L'uranium est alors sous une forme de pâte jaune et contient 75% d'oxyde d'uranium.
Puis il est raffiné pour enlever les impuretés. Il est ensuite converti en tétrafluorure (UF4)
L'ENRICHISSEMENT DE L'URANIUM
Pour alimenter les réacteurs à eau sous pression, le combustible doit disposer de 3 à 5% d'uranium 235, le reste étant de l'uranium 238 qui ne peut fissionner. L'enrichissement consiste à augmenter la proportion d'uranium 235, isotope fissile, dans l'uranium naturel.
Les deux isotopes se ressemblent beaucoup, seule une légère différence de masse peut les séparer.
Seules deux techniques sont utilisées :
-La diffusion gazeuse
-L'ultracentrifugation
LA DIFFUSION GAZEUSE
Le tétrafluorure d'uranium est transformé en hexafluorure d'uranium (UF6).
L'UF6, à l'état gazeux passe à travers des barrières qui ont une membrane percée de trous minuscules. L'UF6 d'uranium 235 plus légère que celle de l'uranium 238 traverse un peu plus rapidement chaque barrière, ce qui enrichi l'uranium peu à peu.
Il faut répéter 1400 fois l'opération pour produire un uranium assez enrichi en uranium 235, pour être utilisable dans les centrales.
L'ULTRACENTRIFUGATION
Elle utilise aussi l'UF6 et la différence de poids entre les deux uranium. En tournant, la centrifugeuse projette plus vite à sa périphérie l'hexafluorure d'uranium 238 que l'hexafluorure d'uranium 235 plus légère. Là aussi, il faut répéter de nombreuses fois l'opération pour avoir une teneur suffisante en uranium 235.
LA PREPARATION DES ASSEMBLAGES DE COMBUSTIBLE
L'hexafluorure enrichi est converti en oxyde d'uranium, puis comprimé et fritté (cuite) pour donner des petits cylindres de 1cm de long, appelés pastilles.
Les pastilles sont enfilées dans des tubes, en alliage de zirconium, de 4m de long dont les extrémités sont bouchées et forment les crayons.
Ces crayons au nombre de 264 forment un assemblage ou fagot. Une centrale possède 40 000 crayons rassemblés en fagots.
LE RETRAITEMENT
Le retraitement consiste à récupérer le plutonium et l'uranium encore présents et qui n'a pas frissonné. L'uranium ainsi récupéré est encore largement plus riche que l'uranium naturel (1%) et à trier les déchets radioactifs non récupérables.
Certains pays comme les USA ne retraite pas leurs déchets et les enterrent.
On distingue deux sortes de déchets.
-Les déchets à vie courte, de faible et moyenne activité (radioactivité)
Ils représentent 90% des déchets, leur radioactivité n'excède pas 300 ans.
-Les déchets à vie longue et/ou de haute activité
Leur décroissance radioactive s'étend sur plusieurs millions, centaines de millions d'années.
L'EXTRACTION DES PRODUITS DE FISSION
Les fagots de combustible usé sont de nouveau entreposés dans une piscine (ils sont encore chauds). Ils sont ensuite cisaillés et introduit dans une solution chimique qui dissout les petits tronçons mais laisse intacte les gaines (alliage de zirconium).
Le plutonium et l'uranium sont séparés des produits de fission qui seront vitrifiés et stockés comme déchets sauf pour les déchets à vie courte.
Les déchets nucléaires sont produits à toutes les étapes du cycle de combustible nucléaire :
Extraction minière
Enrichissement
Fabrication des assemblages
Exploitation des réacteurs
Retraitement
LE STOCKAGE DES DECHETS RADIOACTIFS
LES DECHETS A VIE COURTE, DE FAIBLE ET MOYENNE ACTIVITE
Ils sont compactés dans des fûts en acier ou en béton qui sont stockés dans des centres de stockage de surface.
LES DECHETS A VIE LONGUE ET/OU DE HAUTE ACTIVITE
Plusieurs options sont envisagées:
-Le stockage en formation géologique profonde
On enterre les déchets très profondément, et, on attend de trouver une solution pour les retraiter.
-La transformation en plus petits atomes
Opération consistant à casser les noyaux en de plus petits, qui sont radioactifs moins longtemps, cette opération est appelée transmutation.
-Le stockage de longue durée en surface
Cette solution est actuellement utilisée par la France, à La Hague et à Marcoul, en attendant la construction de deux centres d'enfouissements profonds et les progrès de la science.
