L’énergie nucléaire : une centrale, comment ça marche ?

La Belgique dispose de deux centrales dont les réacteurs ont été construits dans les années 70. Crédit : Wikimedia

On parle d’énergie nucléaire lorsque l’électricité est produite à partir d’une source d’énergie fissile. Il s’agit ici essentiellement de l’uranium, un minerai contenu dans le sous-sol de la Terre. Voyons concrètement comment il est transformé afin de pouvoir éclairer nos maisons.

Attention, l’uranium n’est pas un combustible renouvelable ! Même s’il est abondant sur la planète, il ne se forme que lors de supernovae (explosions d’étoiles). Autrement dit, l’uranium, seul isotope naturel fissile, est une ressource limitée.

En Belgique, les centrales nucléaires jouent un rôle majeur dans la production d’électricité. Le pays compte 7 réacteurs répartis sur deux sites : l’un des deux se trouve à Tihange (Région wallonne) et l’autre à Doel (Région flamande). Depuis qu’elles sont en activité, ces centrales sont à l’origine d’une grande partie de l’électricité produite sur tout le territoire.

Centrale nucléaire de Doel
Vue aérienne de la centrale nucléaire de Doel. Photo : Alexandre Jacquemin

Le nucléaire occupe une place importante au sein du mix énergétique belge. D’après la Febeg, ce secteur représentait 37,5 % de la production nette d’électricité chez nous en 2015. Cependant, ce chiffre est peu représentatif des réelles capacités des réacteurs en raison de leurs nombreuses défaillances cette année-là. Auparavant, les centrales de Tihange et de Doel assumaient environ la moitié de notre production d’électricité.

Mode de fonctionnement d’une centrale nucléaire

Depuis Einstein et son fameux « E=mc² », nous savons tous comment fonctionne une centrale nucléaire ! On crée de l’énergie (le E de l’équation) en faisant évoluer la masse (le petit m !) des atomes, donc en faisant évoluer leur noyau composé de nucléons (protons ou neutrons).

L’énergie nucléaire peut se libérer de deux façons : soit le noyau fusionne avec un autre noyau, soit il se casse en deux. On appelle ça des réactions nucléaires. Seule aujourd’hui la deuxième option est utilisée et elle est connue sous le nom de fission nucléaire. Elle est obtenue lors de la collision d’un noyau par un neutron. Pour fonctionner, il faut que l’atome soit « fissile ».

Fission nucléaireLes atomes fissiles les plus utilisés sont l’Uranium 235 et le Plutonium 239. Cette fission s’accompagne d’un grand dégagement d’énergie et de la libération d’autres neutrons. Ceux-ci viennent ensuite eux-mêmes percuter d’autres noyaux provoquant de nouvelles fissions. Il s’agit de la réaction en chaîne.

Cette réaction en chaîne est maîtrisée dans une centrale nucléaire, c’est-à-dire qu’une partie des neutrons libérés est capturée. Au contraire, dans une bombe nucléaire, tout est fait pour que la réaction en chaîne soit la plus exponentielle possible !

Le cœur du réacteur d’une centrale est composé d’assemblages de combustibles (contenant les fameux atomes fissiles). Le réacteur comprend aussi un modérateur dont le rôle est de ralentir les neutrons afin d’optimiser le nombre de fissions. L’intérêt de ces dernières ? Elles vont générer une forte chaleur.

Cette chaleur va être transmise à un fluide caloporteur qui va ainsi chauffer et permettre d’obtenir de la vapeur. La pression de cette vapeur va ensuite activer une turbine qui, à son tour, entraînera un alternateur. C’est ce dernier qui créera finalement un courant électrique alternatif.

Comprendre l’énergie nucléaire en vidéo

L’énergie nucléaire fournit une partie importante de notre électricité. Source : C’est pas sorcier

Les différents types de réacteurs nucléaires

Une centrale nucléaire va toujours générer de l’énergie nucléaire. Cependant, les réacteurs peuvent être de types différents. Ils se différencient selon la nature du combustible exploité, du caloporteur (fluide qui transporte la chaleur) et du modérateur (substance qui ralentit les neutrons).

  • Réacteur à eau pressurisée (REP) : Type de réacteur le plus courant dans le monde. Le combustible utilisé est l’uranium enrichi tandis que l’eau, à l’état liquide, constitue le caloporteur et le modérateur.
  • Réacteur à eau bouillante (REB) : Le caloporteur est également l’eau sauf que cette fois, elle n’est pas pressurisée mais bouillante grâce à la pression atmosphérique. Le combustible utilisé est aussi de l’uranium enrichi.
  • Réacteur à eau lourde : Pour ce réacteur, l’eau sert de caloporteur et de modérateur. Elle est dite lourde car son atome d’hydrogène a été remplacé par un atome de deutérium, soit un isotope lourd de l’hydrogène. Le combustible utilisé est l’uranium naturel.
  • Réacteur à neutrons rapides (RNR) : Un métal liquide ou un gaz est employé en guise de caloporteur mais il n’y a pas de modérateur. Le combustible utilisé est l’uranium enrichi ou le plutonium.
  • Réacteur caloporteur gaz (RCG) : Réacteur dernier cri, il utilise l’hélium comme caloporteur. À ce jour, les combustibles de ce type de réacteur sont l’uranium et le plutonium. Cependant, les scientifiques en recherchent un nouveau qui serait plus adapté au réacteur.

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