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L'Union Soviétique et les centrales nucléaires en 1986

En 1986, le programme nucléaire soviétique était en plein développement. Au moment de l'accident, ils disposaient de 43 réacteurs, fournissant la puissance de 26 milliards de watts (26 gigawatts).  D'autre part, 34 autres réacteurs étaient alors en construction, pour apporter 36 milliards de watts (36 gigawatts) de plus. Il est intéressant de noter que, déjà à cette époque, les soviétiques se tournaient vers les réacteurs à eau pressurisée (PWR) plutôt que les RBMK. Peut-être était-ce déjà l'aveu de l'obsolescence du réacteur RBMK...

Les réacteurs nucléaires

 

Dans la plupart des centrales électriques, l’eau est chauffée et transformée en vapeur et cette vapeur active les turboalternateurs qui produisent l’électricité. Les centrales thermiques au combustible fossile produisent de la chaleur en brulant du charbon, du pétrole ou du gaz naturel. Dans une centrale nucléaire, c’est la fission des atomes d’Uranium qui fournit la chaleur nécessaire à la production de la vapeur qui entraine les génératrices.

Plusieurs types de réacteurs commerciaux sont utilisés. Le plus répandu est constitué d’une lourde enceinte de pression en acier contenant le cœur du réacteur. Ce cœur contient le combustible d’Uranium. Le combustible est contenu dans des pastilles cylindriques de céramique d’environ un pouce (2,5 cm) de diamètre qui sont scellées dans de longs tubes métalliques appelés tube de combustible. Ces tubes sont regroupés pour constituer un ensemble de combustible. Ces différents ensembles de combustible forment le cœur du réacteur.

Dans le processus de fission, certains éléments lourds, tels que certaines formes de l’Uranium, sont brisés quand un neutron les heurtent. Quand ils se brisent, les noyaux relâchent de l’énergie sous forme d’énergie cinétique (chaleur) et des radiations. Le processus ne libère pas que de l’énergie, mais aussi des neutrons additionnels qui peuvent être utilisés pour briser d’autres noyaux d’Uranium, démarrant ainsi une réaction en chaine.

Comment fonctionne un réacteur nucléaire ?

En résumant rapidement, un réacteur nucléaire est une bouilloire qui, en faisant bouillir de l'eau, produit donc de la vapeur, et cette vapeur est ensuite utilisée pour entraîner les turbines qui feront tourner les alternateurs qui produiront l'électricité. Une centrale nucléaire fonctionne exactement de la même manière qu'une centrale électrique "conventionnelle", sauf que l'énergie pour produire la vapeur est fournie par la fission nucléaire plutôt que par du charbon, du gaz ou du fuel.

Schéma très simplifié d'une centrale nucléaire

Globalement, tous les réacteurs fonctionnent sur le même principe, assez simple d'ailleurs : des neutrons  brisent des atomes d'uranium. Cette action produit de la chaleur et libèrent de nouveaux neutrons qui vont permettre d'entretenir la réaction. La chaleur produite pendant la réaction va échauffer de l'eau et la faire bouillir générant de la vapeur, et l'énergie de cette vapeur va entraîner une turbine couplée à un alternateur qui produit de l'électricité.

La haute vitesse des neutrons ne permet pas d'entretenir une réaction en chaîne. Du fait de leur vitesse élevée les neutrons auraient peu de chance d'atteindre et briser le noyau des atomes d'uranium. Aussi, dans tous les réacteurs, un élément appelé "modérateur" est utilisé, dont le but est de ralentir les neutrons afin de leur permettre de toucher leur cible, le noyau des atomes d'uranium. Ce modérateur peut être de l'eau légère (notre eau domestique H2O), de l'eau lourde (2H2O ou D2O, une variété d'eau avec une proportion élevée de deutérium, un isotope de l'hydrogène, dont la densité est d'environ 1,1) ou bien du graphite comme c'est le cas des réacteurs RBMK. La quasi-totalité des réacteurs occidentaux utilisent de l'eau légère ou de l'eau lourde.

Bien entendu, il faut pouvoir contrôler la réaction dans cette "bouilloire". Un réacteur est stable quand il consomme autant de neutrons qu'il en produit. Si le réacteur a besoin de plus de neutrons qu'il n'en produit, il va ralentir et s'arrêter, et s'il produit plus de neutrons qu'il n'en consomme, la puissance augmentera, puisque davantage d'atomes d'uranium seront brisés. Pour réguler le flux des neutrons, on utilise des "barres de contrôle", faites d'un matériau absorbant fortement les neutrons, tel que le bore. Quand on insère ces barres de contrôle dans le cœur du réacteur, elles absorbent des neutrons qui briseront donc moins d'atomes d'uranium et la puissance diminue. A l'inverse, si ces barres de contrôle sont retirées du réacteur, moins de neutrons seront absorbés et la puissance augmente.


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