Faible rendement d'une centrale nucléaire

Le rendement d'une centrale nucléaire est faible, de l'ordre de 33 %, pas plus, auquel il faut soustraire également les pertes en ligne sur le réseau Très Haute Tension (THT) de l'ordre de 3%.  Les centrales électriques alimentées au fioul ou au charbon possèdent un rendement supérieur (~ 40 %) car elles fonctionnent avec une température de vapeur plus élevée (moins de contraintes de sécurité). 

Une centrale nucléaire est constituée d'un ou plusieurs réacteurs nucléaires dont la puissance électrique varie de quelques mégawatts à plus de 1 500 mégawatts pour le réacteur soviétique de grande puissance RBMK.

Dans une tranche nucléaire, le réacteur nucléaire est en amont d'une installation thermique qui produit de la vapeur transformée en énergie mécanique au moyen d'une turbine à vapeur ; l'alternateur utilise ensuite cette énergie mécanique pour produire de l'électricité.

La différence essentielle entre une centrale nucléaire et une centrale thermique classique est matérialisée par le remplacement d'un ensemble de chaudières consommant des combustibles fossiles par des réacteurs nucléaires.

Pour récupérer de l'énergie mécanique à partir de chaleur, il est nécessaire de disposer d'un circuit thermodynamique : une source chaude, une circulation et une source froide. Dans une centrale nucléaire, ce circuit est forcé par utilisation de pompes. Pour simplifier :

·    pour un réacteur de type REP (Réacteur à eau pressurisée), la source chaude est fournie par l'eau du circuit primaire, à la température moyenne de 306 °C (286 °C en entrée et 323 °C en sortie de réacteur, cette dernière variant selon la puissance de la tranche) ;

·    la source froide du circuit de refroidissement peut être fournie par pompage d'eau de mer ou de fleuve (le système est parfois complété d'une tour aéroréfrigérante).

Ainsi, une tranche nucléaire de type REP comporte trois circuits d'eau importants indépendants,

Un réacteur nucléaire électrogène ne peut être utilisé pour faire de la cogénération. Ceci reviendrait à augmenter la température de la source froide et donc diminuer la différence de température entre les sources ayant pour conséquence une baisse du rendement de production d'électricité.

Dans une centrale thermique à cogénération, ce sont les gaz d'échappement qui sont utilisés pour produire de la vapeur qui sert au chauffage urbain. Par contre les eaux chaudes rejetées peuvent être captées et réutilisées, la Ferme aux crocodiles fonctionne de cette façon en amont du site nucléaire du Tricastin, dans la Drôme pour garder une température tropicale pour ses occupants.

Selon les promoteurs du futur réacteur européen EPR, il devrait atteindre une puissance record de 1 600 mégawatts et un rendement de 35 % grâce à l'utilisation de nouveaux générateurs de vapeur et un dimensionnement plus important. Tout reste à prouver et sur le rendement et sur la sécurité qui, de toute façon, n'évacue pas la nocivité de la procédure de destruction atomique artificielle.

En 2006, 442 réacteurs fonctionnent dans 31 pays différents dans le monde, soit un total de 370 gigawatts produisant environ 17 % de l'électricité mondiale (voir la liste des réacteurs nucléaires).

La catastrophe de Tchernobyl a conduit à plusieurs moratoires ; la baisse des prix du pétrole durant les années 1990 a renforcé cette tendance, conduisant à construire moins de nouveaux réacteurs dans le monde.

Le bore est un élément clé dans le fonctionnement de toute centrale nucléaire.

«Dans le réacteur nucléaire, quand le noyau d'un atome d'uranium est attaqué par un neutron, ce noyau subit une fission. Celle-ci entraîne la production d'autres neutrons qui iront heurter d'autre noyau d'uranium. Cette réaction en chaîne entraîne une grande production d'énergie thermique qui explique la production d'électricité», explique Bernd Gramshow, spécialiste du nucléaire civile au CNRS. Si l'on veut stopper ou freiner la réaction, il faut réduire la quantité de neutron. C'est là que le bore intervient car c'est un absorbeur de neutron».

L'acide borique est injecté dans le liquide réfrigérant du circuit primaire du réacteur. «Dans un schéma normal, le bore est aussi intégré dans les piscines qui contiennent les barres de combustibles d'uranium usées dans une logique de contrôle de la réaction en chaîne».

Un vieillissement qui pourrait/devrait marquer la fin du nucléaire

Parallèlement, les centrales vieillissent : en 2006, la majorité des réacteurs avaient de 15 à 36 ans, sept ayant de 37 à 40 ans alors que leur durée de vie initialement prévue par les techniciens et scientifiques nucléocrates était inférieure. Pourquoi: par ce qu'à partir du milieu de la décennie 2000, la remontée des prix des énergies, tirées par les hydrocarbures, a induit un mouvement de balancier inverse, conduisant le lobby politico-industriel à vouloir de nouvelles constructions de réacteurs. Ainsi, la Finlande entreprend de se doter d’un réacteur pressurisé européen (EPR) à Olkiluoto en 2003 mais va de déboire en déboire, les prix explosent et la qualité de la construction est médiocre. Ce qui n'empêche pas le "Président-vrp du nucléaire" de décider unilatéralement et sans consultation de la construction d’un EPR à Flamanville (France) en 2005.

L’ASN qui vérifie que les opérations de contrôle et de maintenance menées par EDF sur les générateurs de vapeur des centrales nucléaires assurent un niveau de sûreté dit "satisfaisant" (mais comment peut-on se satisfaire de la diffusion radio-active sur les humains et dans l'environnement?) révèlent sur les générateurs de vapeur (GV), lors des arrêts pour maintenance et rechargement ou à la suite d’événements fortuits, des dégradations importantes.

Certaines de ces dégradations, qualifiées par l'Autorité de Sureté Nucléaire" (ASN) "d'importantes et non anticipées", ont nécessité la mise en place par EDF de dispositions de maintenance de grande ampleur sur de nombreux réacteurs du parc électronucléaire français qui ne sont pas sans incidence sur le taux de disponibilité des réacteurs.

Des dégradations importante sur les générateurs de vapeur 

Les générateurs de vapeur (GV) sont des échangeurs de chaleur qui utilisent l’énergie du circuit primaire pour transformer l’eau du circuit secondaire en vapeur qui alimentera la turbine. Leur surface d’échange est constituée d’un faisceau tubulaire, composé de 3500 à 5600 tubes (voir fig. 1), selon le modèle, dans lesquels circule l’eau primaire portée à haute température (320°C) et haute pression (155bars). L’intégrité du faisceau tubulaire des GV est un enjeu important pour la sûreté. La rupture d’un des tubes du faisceau pourrait conduire à ce qu’une partie de l’eau primaire soit déversée hors du bâtiment réacteur. Ce qui est déjà arrivé dans plusieurs centrales nucléaires. Par ailleurs les centrales rejettent dans l'atmosphère des Gaz à effet de serre (GES) sous forme de vapeur dont nul ne possède d'analyse sur leur  radio-activité.

- Le colmatage
Le colmatage des plaques entretoises est l’obturation progressive, par des dépôts d’oxyde, des trous destinés au passage de l’eau. Il conduit à des modifications de l’écoulement de l’eau dans le GV. Entre 2004 et 2006, trois fuites ont affecté des tubes de GV. Ces dégradations ont été identifiées comme résultant du colmatage des plaques. EDF a donc mis en place une stratégie de nettoyage chimique des générateurs de vapeur suivie par l’ASN.  L’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) et l’ASN évalue les justifications apportées par EDF concernant la compréhension de ce phénomène et son impact sur la sûreté des réacteurs à long terme. Par ailleurs, l’ASN a demandé à EDF de proposer des solutions pour limiter l’apparition et le développement des dépôts d’oxydes.

- Les anomalies de supportage des tubes
Certains tubes sont soutenus par des barres antivibratoires. Lorsqu’un tube n’est pas soutenu alors que la conception de l’équipement l’exige, il est dit en anomalie de supportage. En février 2008, une fuite a eu lieu sur un tube de GV mal soutenu du réacteur de Fessenheim 2. Ce tube n’avait pourtant pas été identifié comme sensible à la fatigue vibratoire. A la suite de cet événement, EDF a procédé, sur demande de l’ASN, au bouchage de l'ensemble des tubes en anomalie de supportage du palier 900 MWe et de ceux présentant le risque le plus important sur le palier 1300 MWe. EDF a également dû revoir ses études concernant la fatigue vibratoire. Les résultats sont attendus en 2011, seront instruits par l’ASN et son appui technique l’IRSN. Les mesures les plus urgentes ont été prises et permettent d'éviter tout risque à court terme.

- Les fissures de corrosion
Certains types de générateurs de vapeur sont constitués d’un alliage sensible à la corrosion (Inconel 600). Les tubes concernés sont particulièrement surveillés. En mai 2009, EDF a mis en évidence, lors des contrôles du GV n°1 du réacteur du Bugey 3, la présence de fissures de caractéristiques nouvelles et d'un défaut important qui n’a été identifié que lors de l’extraction du tube pour expertise. Le phénomène en cause est la corrosion du tube au niveau des plaques entretoises et concerne un type de GV équipant encore 8 réacteurs en France. Des expertises réalisées sur les GV du même type équipant le réacteur de Fessenheim 2 ont révélé la présence d’une corrosion mal détectée par les procédés de contrôle utilisés.

Des opérations de contrôle supplémentaires et des bouchages préventifs ont été réalisés sur Fessenheim 2 à la demande de l’ASN et ont permis de garantir l’intégrité des tubes au cours du prochain cycle de fonctionnement. EDF a par ailleurs mis en place au Bugey un programme d’expertise et d’examen qui permettra la mise en œuvre de procédés de détection plus performants ainsi qu'une meilleure connaissance du phénomène.

Pour assurer l’intégrité du faisceau tubulaire des GV face à ces dégradations, des mesures correctives de grande ampleur ont été éxigées. Ces mesures ont fait l’objet d’améliorations après leur mise en place. L’ASN veille au retour d’expérience de leur utilisation.

- Le bouchage des tubes de GV
Lorsqu’un tube est affecté d’un défaut important, ce tube est obturé par la pose d’un bouchon mécanique. En mai 2008 et février 2009, le déplacement de deux bouchons après leur pose a été découvert. A la demande de l'ASN, EDF a engagé, depuis juillet 2008, un programme de vérification de la présence des bouchons sur l’ensemble des GV du parc.  EDF a également déterminé un critère permettant de s’assurer de la bonne pose des bouchons dont l’ensemble des paramètres enregistrés au cours de l’opération de mise en place sont disponibles.  L’ASN a également demandé à EDF de mener les investigations nécessaires à la compréhension des origines du phénomène, dont les résultats sont en cours d’instruction. 

- Le nettoyage chimique des GV génère lui aussi des problèmes
Le nettoyage chimique est une solution pour lutter contre le colmatage des GV. Malgré leur efficacité certaine, l’ASN considère que les procédés de nettoyage ne sont pas sans impact, que ce soit pour les structures internes des GV ou pour le faisceau tubulaire qui peuvent être affectés par la corrosion au cours du traitement. Des dépôts sur les tubes dont l’origine n’est pas aisément identifiable peuvent également être observés après le nettoyage.  L’ASN s’assure de l’amélioration des procédés par prise en compte du retour d’expérience et plusieurs tubes ont également été extraits pour expertises notamment sur le réacteur Chinon B2 en 2008. Ces examens permettent de déterminer la nature et l'impact de ces dépôts, qui ont été éliminés par décuivrage au cours de l'arrêt 2009 du réacteur.

- Le tâtonnement et le bricolage approximatif
Un programme de remplacement des GV les plus anciens a été mis en place par EDF à partir du début des années 1990 et se poursuit au rythme d’un à deux réacteurs par an. En 2014, les GV en Inconel 600 non traité thermiquement, les plus sensibles à la corrosion, auront été remplacés. L’ASN a demandé à EDF de réaliser une revue complète de la surveillance et de la conception des GV qui permettra entre autre de veiller à ce que ces opérations de remplacement soient suffisamment anticipées pour éviter que des dégradations trop importantes n’affectent ces équipements.  A l’étranger, cette question du contrôle et de la maintenance des GV inquiète les Autorités de sûreté et des programmes de remplacement sont mis en place par les exploitants, sans trop savoir ce que cela donnera à terme.

Risque d'exposition au rayonnement ionisant

Les travailleurs des centrales et sites civils et militaires sont les plus exposés (voir sur notre site les articles spécifiques) au rayonnements ionisants permanents et fortuits. La population des alentours n'est pas non plus à l'abri. En France, aucune étude sérieuse et de grandes ampleur n'a été souhaitez et diligentée par le pourvoir. Pourtant, en décembre 2007, les résultats de l'étude du Registre national allemand des cancers de l'enfant ont été rendus publics par sa directrice Maria Blettner : l'étude indique que l'on observe en Allemagne une relation entre la proximité d'une habitation par rapport à la centrale nucléaire la plus proche et le risque pour les enfants d'être atteints, avant l'âge de 5 ans, d'un cancer ou d'une leucémie, sans parler de plus tard...

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Pour en savoir plus, lire sur le site de l'ASN ( http://www.asn.fr/ ) :
- la note technique sur l’historique des opérations de maintenance de grande ampleur réalisées par EDF sur les générateurs de vapeur de ses centrales nucléaires
- la note d’information du 18 juillet 2007 : Anomalie générique concernant le taux de colmatage élevé des générateurs de vapeur de certains réacteurs des centrales EDF
- l’avis d’incident du 19 juin 2008 : Anomalies de pose de bouchons sur certains tubes des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires d'EDF
- la note d’information du 20 juin 2008 : L'ASN demande à EDF de mettre en œuvre des mesures préventives sur les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires
- la note d’information du 17 avril 2009 : L'ASN se prononce sur la stratégie de traitement de la fatigue vibratoire des tubes des générateurs de vapeur des réacteurs de 1300 MWe d'EDF