1945La France crée le Commissariat à l’énergie atomique (CEA)
1948L’équipe réunie autour de Frédéric Joliot-Curie fait diverger Zoé
octobre 1969La fusion partielle du cœur de Saint-Laurent A1 fragilise la confiance dans l’UNGG et conduit à l’abandonner au profit du REP
mars 1974Le plan Messmer lance un programme électronucléaire fondé sur la standardisation des réacteurs REP construits en série
📖 1. Histoire de la filière nucléaire française
🔑 Notions clés & Définitions
Filière UNGG : Utilise de l’uranium naturel, du graphite comme modérateur et du gaz carbonique comme caloporteur.
📝 Points essentiels
Le palier CP0/CPY comprend 32 réacteurs de 900 MWe dotés de trois boucles primaires, le palier P4 et P’4 comprend 20 réacteurs de 1 300 MWe à quatre boucles, le palier N4 comprend 4 réacteurs de 1 450 MWe et l’EPR de Flamanville 3 a une puissance de 1 650 MWe.
💡 Astuce mémo
UNGG → REP → EPR
📖 2. Fonctionnement général d’un REP
🔑 Notions clés & Définitions
Circuit primaire : Circuit fermé d’eau maintenue liquide sous environ 155 bar et à une température moyenne d’environ 304 °C dans un REP 900, qui extrait la chaleur du cœur et la transporte vers le générateur de vapeur.
★ À maîtriser
📌 Un REP comporte un îlot nucléaire où la fission produit de la chaleur et un îlot conventionnel où cette chaleur est convertie en électricité.
📌 Les trois circuits d’un REP sont thermiquement couplés mais physiquement séparés : le primaire transporte la chaleur, le secondaire produit la vapeur et le circuit de refroidissement évacue la chaleur résiduelle vers une source froide.
La chaîne énergétique d’un REP transforme successivement l’énergie de fission en chaleur, l’énergie thermique en énergie cinétique puis mécanique dans la turbine, et l’énergie mécanique en énergie électrique dans l’alternateur.
L’électricité produite par l’alternateur est à environ 24 kV, puis le transformateur principal l’élève à 400 kV ou 225 kV pour le réseau de transport.
Compléments
Environ 5 % de la production est prélevée par un transformateur de soutirage pour alimenter les auxiliaires de tranche, notamment à 6,6 kV.
L’enrichissement augmente la proportion d’uranium 235 d’environ 0,7 % dans l’uranium naturel à 3 à 5 % pour le combustible des REP.
🔄 L’aval du cycle comprend:
Entreposage
Traitement
Recyclage
Conditionnement et stockage
Le traitement du combustible usé sépare environ 95 % d’uranium, 1 % de plutonium et 4 % de déchets ultimes.
Compléments
Le combustible MOX contient environ 7 % d’oxyde de plutonium mélangé à de l’oxyde d’uranium appauvri.
💡 Astuce mémo
Amont : préparer le combustible ; aval : traiter et recycler le combustible usé
📖 4. Atome, isotopes et radioactivité
🔑 Notions clés & Définitions
Isotope : Deux atomes sont isotopes lorsqu’ils ont le même numéro atomique Z mais un nombre de masse A différent, ce qui signifie qu’ils diffèrent par leur nombre de neutrons.
Radioactivité : La propriété de noyaux instables de se transformer spontanément en émettant une particule ou un rayonnement.
📝 Points essentiels
L’uranium naturel contient environ 0,72 % d’uranium 235 fissile, 99,27 % d’uranium 238 fertile et 0,006 % d’uranium 234.
📌 Une émission alpha éjecte un noyau d’hélium, une émission bêta transforme un neutron en proton ou un proton en neutron, et une émission gamma libère un excédent d’énergie sans modifier la composition du noyau.
💡 Astuce mémo
Même Z, A différent : les isotopes gardent les propriétés chimiques mais changent de propriétés nucléaires
📖 5. Fission, modération et géométrie du cœur
🔑 Notions clés & Définitions
Fission : La scission d’un noyau lourd provoquée par l’absorption d’un neutron incident.
Section efficace : Mesure la probabilité d’interaction d’une particule avec un noyau et s’exprime en barns, avec 1 barn égal à 10⁻²⁴ cm².
★ À maîtriser
La fission d’un noyau fissile produit deux noyaux plus légers, une importante quantité d’énergie sous forme de chaleur et en moyenne 2,5 neutrons.
La section efficace de fission de l’uranium 235 atteint environ 580 barns pour les neutrons thermiques, tandis que l’uranium 238 capture surtout les neutrons rapides.
Dans un REP, l’eau ralentit les neutrons par une succession de chocs avec les noyaux d’hydrogène et joue simultanément le rôle de modérateur et de caloporteur.
Compléments
La fission d’un noyau d’uranium 235 libère environ 200 MeV.
La forme sphérique minimise les fuites de neutrons, mais les cœurs de REP adoptent une forme proche du cylindre et utilisent un réflecteur pour renvoyer une partie des neutrons de fuite.
💡 Astuce mémo
Ralentissement des neutrons → fissions U-235 plus probables
📖 6. Contrôle de la réaction en chaîne
★ À maîtriser
Le facteur de multiplication k est le rapport entre la population neutronique de la deuxième génération et celle de la première.
Un réacteur est critique si ρ = 0 et k = 1, sous-critique si ρ < 0 et k < 1, et surcritique si ρ > 0 et k > 1.
Augmenter la concentration de bore dissous diminue la réactivité, tandis que diluer le bore l’augmente.
Les grappes de commande en alliage argent-indium-cadmium diminuent rapidement la réactivité lorsqu’elles sont insérées dans le cœur et peuvent tomber par gravité pour assurer l’arrêt d’urgence.
Le coefficient de température modérateur doit rester négatif et évolue d’environ −10 pcm/°C en début de cycle à environ −60 pcm/°C en fin de cycle.
Compléments
La section efficace d’absorption du bore 10 pour les neutrons lents est d’environ 3 800 barns.
📐 Formule — Le coefficient de puissance vérifie αp=αm+αu et doit rester négatif pour stabiliser le réacteur.
💡 Astuce mémo
Bore : lent et homogène ; grappes : rapides et localisées
📖 7. Circuit primaire et combustible
🔑 Notions clés & Définitions
Circuit primaire : Extrait et transfère la chaleur, maintient l’eau liquide par sa forte pression et contribue au refroidissement du cœur, à la maîtrise de la réactivité et au confinement.
Gaine : Un tube en alliage de zirconium qui enveloppe les pastilles de combustible, évacue la chaleur et confine les produits de fission en constituant la première barrière.
★ À maîtriser
Les trois barrières de confinement sont:
Gaine du combustible
Circuit primaire
Enceinte de confinement en béton
Les composants principaux du circuit primaire sont:
Cuve
Générateur de vapeur
Groupe motopompe primaire
Pressuriseur
Les pastilles de combustible sont en dioxyde d’uranium UO₂, mesurent environ 8,2 mm de diamètre et 13,5 mm de hauteur, et contiennent entre 3 et 5 % d’uranium 235, avec un maximum de 4,2 % en France.
Compléments
Un REP de 900 MWe comporte trois boucles primaires, tandis que les paliers de puissance supérieure en comportent quatre.
Le combustible séjourne quatre à cinq ans en réacteur et est renouvelé par tiers ou par quart chaque année.
💡 Astuce mémo
Gaine → circuit primaire → enceinte : trois barrières successives
📖 8. Cuve et combustible du REP
🔑 Notions clés & Définitions
Combustible : Constitué de pastilles de dioxyde d’uranium UO₂, une céramique frittée résistante à la température et compatible avec l’eau en cas de rupture de gaine.
Gaine : La gaine entoure les pastilles, isole le combustible du milieu, échange la chaleur avec le fluide primaire, rigidifie l’empilement et confine les produits de fission en constituant la première barrière.
★ À maîtriser
Dans la cuve, l’eau entre par les tubulures de branche froide, descend dans l’espace annulaire entre la cuve et l’enveloppe du cœur, remonte à travers le cœur en se réchauffant, puis ressort par les tubulures de branche chaude.
Pour un REP de 900 MWe, la température est d’environ 286 °C en branche froide et 323 °C en branche chaude, pour une puissance thermique nominale du cœur d’environ 2 785 MWth.
Chaque pastille de combustible mesure environ 8,2 mm de diamètre et 13,5 mm de hauteur, et contient entre 3 et 5 % d’uranium 235, contre 0,7 % dans l’uranium naturel.
Un assemblage comprend:
264 crayons combustibles
24 tubes pour les crayons d’une grappe de commande
un tube d’instrumentation
Compléments
La gaine est réalisée en Zircaloy, un alliage de zirconium peu neutrophage, résistant à la corrosion et doté d’une bonne tenue mécanique, tandis que les alliages M5 associent zirconium et niobium.
Le taux de combustion du combustible atteint 45 000 à 55 000 MWj par tonne d’uranium initial.
💡 Astuce mémo
Branche froide → cœur → branche chaude
📖 9. Pressuriseur et pompe primaire
🔑 Notions clés & Définitions
Pressuriseur : Le pressuriseur maintient la pression du circuit primaire pour empêcher l’ébullition, compense les variations de volume du fluide, contribue au dégazage et protège la deuxième barrière grâce à ses soupapes.
Groupe motopompe primaire : Assure la circulation du fluide caloporteur dans le circuit primaire en vainquant les pertes de charge.
★ À maîtriser
Le pressuriseur augmente la pression grâce à des chaufferettes qui produisent de la vapeur et la diminue grâce à une aspersion d’eau plus froide qui condense une partie de la vapeur.
📌 Une soupape SEBIM de protection s’ouvre automatiquement lorsque la pression dépasse la limite fixée et se referme lorsque la pression redescend, tandis qu’une soupape d’isolement se ferme en cas de blocage de la première ; les deux soupapes ne doivent jamais être fermées simultanément.
Les GMPP sont implantés en branche froide, où l’eau est plus froide et plus stable, ce qui réduit le risque de cavitation et permet la circulation naturelle par thermosiphon en cas d’arrêt des pompes.
Compléments
Le pressuriseur est unique et raccordé à la branche chaude de la boucle numéro 1 par une jambe d’expansion.
Dans un GMPP, la roue hélico-centrifuge accélère le fluide et le diffuseur transforme cette vitesse en pression, laquelle vainc les pertes de charge du circuit.
La roue du GMPP tourne à 1 485 tours par minute pour une fréquence de réseau de 50 Hz.
💡 Astuce mémo
Chauffer pour monter, asperger pour baisser
📖 10. Générateur de vapeur
🔑 Notions clés & Définitions
Générateur de vapeur : Transfère la chaleur du circuit primaire au circuit secondaire et produit une vapeur de qualité destinée à entraîner la turbine.
Titre vapeur : Le titre vapeur désigne la proportion de vapeur dans le mélange eau-vapeur et devient presque égal à 1 à la sortie du générateur de vapeur après l’élimination progressive de l’eau résiduelle.
★ À maîtriser
Dans le générateur de vapeur, l’eau primaire chaude circule dans des tubes en U et ressort refroidie, tandis que l’eau secondaire se réchauffe, se vaporise, traverse des séparateurs à cyclone puis des sécheurs à chicanes avant la sortie vapeur.
Pour un REP 900 MWe, l’eau primaire entre dans le générateur de vapeur à environ 323 °C et en ressort à environ 286 °C, tandis que l’eau secondaire entre à environ 220 °C et atteint environ 270 °C à la vaporisation.
📌 Le gonflement du générateur de vapeur correspond à une hausse apparente du niveau mesuré lors d’une augmentation de la demande de vapeur, tandis que le tassement correspond à une baisse apparente lors d’une diminution brutale de cette demande.
Compléments
📌 Les seuils de niveau très haut et très bas du générateur de vapeur évitent respectivement l’entraînement d’eau vers la turbine et l’assèchement du faisceau tubulaire.
Contrôle volumétrique et chimique : Le circuit RCV maintient la quantité d’eau du primaire, ajuste la concentration en bore, alimente les joints des GMPP et contrôle la chimie de l’eau en limitant l’oxygène dissous, en ajustant le pH et en réduisant les produits de corrosion.
Appoint en eau et en bore : Le circuit REA ajuste la concentration en bore du primaire par dilution avec de l’eau déminéralisée dégazée ou par borication avec une solution d’acide borique.
Refroidissement du réacteur à l’arrêt : Le RRA refroidit le circuit primaire à l’arrêt et prend le relais des générateurs de vapeur lorsque le primaire descend sous 32 bar et 177 °C.
★ À maîtriser
La ligne de décharge du RCV prélève l’eau primaire, la refroidit, la dépressurise, la filtre et la déminéralise avant son stockage, tandis que la ligne de charge la réchauffe et la réinjecte dans le primaire à environ 177 bar.
📌 Les résines cationiques retiennent les ions positifs et les résines anioniques les ions négatifs, mais les lits de déminéralisation ne captent pas le bore.
📌 La connexion du RRA est autorisée lorsque la température moyenne du primaire est comprise entre 160 et 177 °C, la pression entre 24 et 28 bar et l’écart de température entre les deux circuits inférieur à 50 °C.
Compléments
Le REA prépare une solution concentrée d’acide borique à 21 000 ppm pour la réserve d’injection de sécurité.
📖 12. Refroidissement RRI et SEC
🔑 Notions clés & Définitions
Réfrigération intermédiaire : Le circuit RRI refroidit les équipements des circuits auxiliaires nucléaires avec une eau traitée et sépare les fluides radioactifs de l’eau brute rejetée vers l’extérieur, constituant une partie de la troisième barrière.
Eau brute secourue : Dernier maillon de la chaîne d’évacuation thermique, transfère la chaleur du RRI vers la source froide et fonctionne en circuit ouvert avec de l’eau brute prélevée dans le milieu naturel.
★ À maîtriser
Le RRI comporte deux voies de sauvegarde séparées A et B, chacune comprenant deux pompes capables d’assurer chacune 100 % du débit et deux échangeurs en parallèle assurant chacun 50 % du débit nominal de la voie.
Le SEC comprend deux voies indépendantes A et B, chacune dimensionnée pour assurer seule la totalité du refroidissement, avec deux pompes en parallèle dont chacune peut fournir 100 % du débit nécessaire à la voie.
La chaleur est transférée successivement des systèmes utilisateurs au RRI, du RRI au SEC, puis du SEC à la source froide.
Compléments
Les utilisateurs RRI sont répartis en quatre groupes allant des réfrigérants des systèmes de sauvegarde aux réfrigérants banalisés utilisés uniquement en fonctionnement normal.
💡 Astuce mémo
Utilisateurs → RRI → SEC → source froide
📖 13. Mesure de la puissance nucléaire
★ À maîtriser
📌 Le RPN mesure le flux neutronique à partir des neutrons de fuite depuis l’extérieur de la cuve, tandis que le RIC mesure le flux neutronique et la température à l’intérieur du cœur.
Un détecteur ionisant contient un gaz inerte entre une cathode et une anode ; le rayonnement crée des paires d’ions, dont les charges produisent une impulsion de courant captée et amplifiée.
Compléments
📌 Le comptage des impulsions convient aux faibles flux neutroniques, tandis que la mesure du courant moyen convient aux flux élevés.
💡 Astuce mémo
RPN extérieur, RIC intérieur
📖 14. Mesure générale de la puissance
🔑 Notions clés & Définitions
Instrumentation RPN : Système ex-core situé à l’extérieur de la cuve qui mesure en continu le flux neutronique à partir des neutrons de fuite, quel que soit l’état du réacteur.
Instrumentation RIC : Système in-core composé de capteurs placés dans le cœur qui mesure le flux neutronique, la température et la distribution de puissance.
★ À maîtriser
📌 La puissance du réacteur est l’image directe du flux neutronique et est mesurée par deux instrumentations complémentaires : le RPN, situé hors cœur, et le RIC, placé dans le cœur.
Compléments
Le RIC sert notamment à établir des cartes de flux, à recaler les détecteurs du RPN et à détecter un défaut de refroidissement du cœur.
💡 Astuce mémo
RPN externe en continu, RIC interne par campagnes
📖 15. Détection par ionisation gazeuse
★ À maîtriser
Un rayonnement ionisant traversant un gaz arrache des électrons aux atomes, crée des paires d’ions, puis produit une impulsion de courant captée et amplifiée par les électrodes.
📌 Le comptage individuel des impulsions est adapté aux faibles flux, tandis que la mesure du courant moyen est adaptée aux flux élevés.
Compléments
Les détecteurs à gaz utilisent souvent de l’argon enfermé entre une cathode et une anode soumises à une tension.
💡 Astuce mémo
Rayonnement → ionisation du gaz → impulsion ou courant
📖 16. Chaînes neutroniques du RPN
★ À maîtriser
Les trois gammes du RPN sont:
la chaîne neutronique source CNS
la chaîne neutronique intermédiaire CNI
la chaîne neutronique de puissance CNP
📌 La CNS couvre les flux de 10−9 à 10−3%Pn en comptant les impulsions en coups par seconde, la CNI couvre 10−6 à 100%Pn en mesurant un courant en ampères, et la CNP couvre 10−1 à 200%Pn en mesurant les forts flux et le déséquilibre axial.
📌 La CNS doit être relayée avant sa saturation, car le chevauchement des impulsions fait sous-estimer le flux réel et rend sa mesure inexploitable.
📐 Formule — Dans la CNI, la composante gamma est supprimée par soustraction selon la relation I(n)=I(n+γ)−I(γ).
Compléments
La CNI est la chaîne de mesure de référence de la puissance neutronique en situation accidentelle.
💡 Astuce mémo
CNS compte, CNI soustrait, CNP mesure
📖 17. Implantation et fonctions du RPN
★ À maîtriser
📌 Le RPN élabore des signaux transmis au système de protection du réacteur RPR pour contribuer notamment à l’arrêt automatique en cas de dépassement du flux neutronique ou d’augmentation trop rapide du flux.
Les chaînes de mesure de la gamme puissance sont divisées en sections haute et basse afin de surveiller le déséquilibre axial du flux et de protéger la gaine du combustible.
Compléments
Les détecteurs du RPN sont implantés à l’extérieur de la cuve, dans des puits du béton du puits de cuve, autour du cœur.
📌 Les chaînes CNS sont placées en fond de puits, les chaînes CNI au niveau du milieu de la hauteur active, et les chaînes CNP à plusieurs positions angulaires autour du cœur pour assurer redondance et représentativité.
💡 Astuce mémo
Des détecteurs autour de la cuve observent le cœur sous plusieurs angles
📖 18. Instrumentation mobile du RIC
🔑 Notions clés & Définitions
Détecteur RIC : Petite chambre à gaz contenant une électrode centrale revêtue d’oxyde d’uranium enrichi à environ 90 % en uranium 235, deux enveloppes concentriques en acier inoxydable et un câble téléflex.
Carte enthalpique : Représentation spatiale construite à partir des températures mesurées par les thermocouples pour surveiller en permanence la répartition de puissance et le déséquilibre azimutal du cœur.
★ À maîtriser
Le RIC réalise des cartes de flux pendant les arrêts du réacteur, notamment après un rechargement du combustible et lors des essais de redémarrage.
Pour réaliser une carte de flux, une sonde RIC est poussée jusqu’en haut de la zone active puis retirée progressivement, tandis que son signal est enregistré en fonction de sa position.
📌 La réaction du bore 10 convertit les neutrons en particules alpha ionisantes dans le RPN, tandis que la fission de l’uranium 235 produit deux fragments de fission fortement ionisants dans le RIC.
Les thermocouples du RIC sont de type chromel/alumel, aussi appelé type K, et mesurent la tension produite par un écart de température entre deux métaux différents.
Le système RIC comporte 51 thermocouples : 49 mesurent la température de sortie des assemblages combustibles et 2 mesurent la température de l’eau sous le couvercle de la cuve.
Compléments
Les cinquante canaux instrumentés sont répartis en cinq groupes en mode normal, chaque sonde explorant dix canaux, et cinq sondes suffisent ainsi à cartographier le cœur.
Le profil axial de flux obtenu par le RIC est généralement en cloche, avec un maximum vers le milieu du cœur et une décroissance vers les extrémités ; les creux réguliers correspondent aux grilles de maintien des assemblages.