Universalis
Abonnez-vous à Universalis pour 1 euro

NUCLÉAIRE Réacteurs nucléaires

Éléments constitutifs d'un réacteur nucléaire

L'utilisation principale des réacteurs nucléaires est la production d'électricité à partir de l' énergie thermique de la fission. Les matériaux fissiles et fertiles sont les combustibles nucléaires de ces machines thermiques qui, à raison d'environ 200 MeV par fission, produisent 70 milliards de joules par gramme de noyaux fissiles consommés à comparer aux 33 000 joules produits par la combustion de 1 gramme de charbon.

L'énergie de fission est libérée principalement sous forme d'énergie cinétique des produits de fission ; le reste est transporté par les rayonnements β (et les neutrinos), γ et par les neutrons. L' énergie de fission se traduit finalement par un dégagement de chaleur dont l'essentiel a lieu au sein du combustible nucléaire.

Dans la réaction en chaîne, il n'existe pas de limite théorique au rythme des fissions et donc au niveau de puissance instantanée. En pratique, dans le cas de réactions explosives (armes nucléaires), la dislocation mécanique du milieu fissile arrête la réaction. Dans le cas des réacteurs nucléaires, la puissance est volontairement limitée aux possibilités d'extraction de la chaleur produite dans les éléments de combustible. À cet égard, le développement de l'énergie nucléaire à des fins civiles a été marqué par une optimisation du cœur et des techniques de transfert thermique pour accroître la puissance extractible d'un volume et d'une masse de matières fissiles données.

Le combustible nucléaire

La matière fissile est contenue dans le combustible nucléaire dont la conception et la technologie doivent garantir sa tenue mécanique et son refroidissement en toutes circonstances, même accidentelles, et doivent permettre sa manutention avant, pendant et après son passage en réacteur. Peuvent être utilisés l' uranium métallique ou un composé céramique du type oxyde, carbure ou nitrure fonctionnant à haute température. Le plus courant est le dioxyde d'uranium : sa conductivité thermique est faible, mais sa température de fusion est élevée (de 2 600 à 2 800 0C selon le taux de combustion) de même que sa résistance aux dommages d'irradiation. On utilise le plutonium de façon analogue, sous forme d'oxyde mixte d'uranium et de plutonium (combustible dit Mox, abréviation de mélange d'oxydes).

La teneur en matière fissile est une caractéristique importante du combustible nucléaire : le plus souvent, il s'agit d'uranium enrichi en isotope 235U.

Le combustible solide est placé dans une gaine étanche, généralement métallique, qui doit à la fois confiner les produits de fission radioactifs émis par la fission, garder son intégrité mécanique sur l'ensemble de la durée d'utilisation du combustible, et, pour cela, permettre un refroidissement suffisant en toutes circonstances (y compris accidentelles) par le fluide dit caloporteur qui circule à son contact. On recherche enfin un matériau de gaine qui capture peu les neutrons (aluminium, magnésium, zirconium...).

Le fluide caloporteur

Le fluide caloporteur est un liquide ou un gaz qui circule à grande vitesse au contact des éléments de combustible. Il doit autant que possible posséder une capacité calorifique importante, une bonne conductivité thermique et un faible pouvoir d'absorption neutronique. Les seuls gaz utilisés sont le dioxyde de carbone (CO2) et l' hélium sous pression. Parmi les liquides, l' eau ordinaire et l' eau lourde, qui sont aussi des modérateurs, ont la faveur des réacteurs à neutrons thermiques. Les réacteurs à neutrons rapides, qui excluent l'emploi de noyaux légers, ont utilisé des métaux fondus tels que le sodium.

Le fluide caloporteur, contenu dans un premier circuit (circuit primaire) s'échauffe dans le cœur cède sa chaleur[...]

La suite de cet article est accessible aux abonnés

  • Des contenus variés, complets et fiables
  • Accessible sur tous les écrans
  • Pas de publicité

Découvrez nos offres

Déjà abonné ? Se connecter

Écrit par

  • : conseiller scientifique au Commissariat à l'énergie atomique, Fontenay-aux-Roses
  • : directeur adjoint du développement et de l'innovation nucléaire au Commissariat à l'énergie atomique (CEA), ingénieur
  • : membre de l'Académie des sciences
  • : directeur de l'Institut de recherche fondamentale du Commissariat à l'énergie atomique, Gif-sur-Yvette
  • : professeur honoraire à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie, haut-commissaire à l'énergie atomique, membre du Conseil économique et social

Carte mentale
Élargissez votre recherche dans Universalis

Classification

Pour citer cet article

Jean BUSSAC, Frank CARRÉ, Robert DAUTRAY, Jules HOROWITZ et Jean TEILLAC. NUCLÉAIRE - Réacteurs nucléaires [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Énergie nucléaire - crédits : Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Énergie nucléaire

Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Puissances électronucléaires installées - crédits : Encyclopædia Universalis France

Puissances électronucléaires installées

Encyclopædia Universalis France

Parc électronucléaire mondial par filière - crédits : Encyclopædia Universalis France

Parc électronucléaire mondial par filière

Encyclopædia Universalis France

Afficher les 9 médias de l'article NUCLÉAIRE - Réacteurs nucléaires

Autres références

  • NUCLÉAIRE (notions de base)

    • Écrit par Universalis
    • 4 128 mots
    • 18 médias

    Depuis la découverte de la radioactivité en 1896 par Henri Becquerel et celle du noyau atomique par Ernest Rutherford en 1911, des progrès scientifiques importants ont été accomplis en physique nucléaire. La maîtrise des réactions nucléaires a permis en particulier, dès le milieu du xxe siècle,...

  • FRANCE - L'année politique 2021

    • Écrit par Nicolas TENZER
    • 6 168 mots
    • 5 médias
    Emmanuel Macron lors de la visite d’un centre de vaccination contre la Covid-19 - crédits : Yoan Valat/ pool/ AFP
    ...Emmanuel Macron présente un plan d’investissement « France 2030 » dont le but est de « faire émerger les futurs champions technologiques de demain ». Après un moment d’hésitation, il annonce en novembre un plan de relance du nucléaire, destiné à répondre aux défis de l’indépendance énergétique du pays...

  • TICE (Traité d'interdiction complète des essais nucléaires) ou CTBT (Comprehensive Test Ban Treaty)

    • Écrit par Dominique MONGIN
    • 936 mots
    • 1 média

    Le Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (T.I.C.E.), ou Comprehensive Test Ban Treaty (C.T.B.T.), est un traité multilatéral élaboré dans le cadre de la Conférence du désarmement de l’Organisation des Nations unies (O.N.U.). Il a été ouvert à la signature des États en septembre...

Voir aussi

Abonnez-vous à Universalis pour 1 euro

Rejoignez-nous

Inscrivez-vous à notre newsletter