Combien d'électricité consomme une centrale nucléaire ?

La centrale nucléaire transforme la chaleur en électricité grâce à la fission d'un noyau atomique. Elle est composée d'un ou de plusieurs réacteurs qui sont organisés en tranches nucléaires.

Selon des chiffres récents, elle permet de produire une grande quantité d'énergie. Or, qu'en est-il de celle que la centrale nucléaire consomme pour opérer cette transformation ? SirEnergies vous apporte quelques éclaircissements sur cette consommation.

Une consommation électrique de 20 TWh/an du parc nucléaire français

Il existe plusieurs technologies de centrales nucléaires. Nous nous focaliserons ici sur les technologies BWR et REP.

On retrouve les centrales avec réacteur à eau sous pression et celles avec réacteur à eau bouillante. Tous les réacteurs nucléaires utilisés en France sont à eau sous pression. Ils ont trois niveaux de puissance :

• 900 MW
• 1 300 MW
• 1 450 MW

Celui de 900 MW produit en moyenne 500 000 MWh d'électricité nucléaire par mois. Plus la puissance du réacteur est élevée et plus cette quantité d’énergie nucléaire augmente. Pour avoir un tel rendement, il consomme d'abord de l'électricité.

En France, l'ensemble des centrales nucléaires consomment environ 20 TWh/an pour les auxiliaires (pompes, préchauffe, ventilation, enrichissement de l'uranium...). Soit 5% de la production française.

L'uranium 235

À l'intérieur d'un réacteur nucléaire se trouvent des éléments combustibles de plusieurs mètres de long. Ceux-ci sont à leur tour composés de faisceaux de crayons combustibles dans lesquels se trouve le combustible nucléaire, l'uranium 235. Il est sous forme de pastilles et quelques-unes suffisent à enclencher le processus de fission qui va produire la chaleur. Pour créer ce phénomène, les pastilles sont assemblées et placées dans une cuve remplie d'eau.

La température de celle-ci monte dès qu'elle entre en contact avec les pastilles (l'eau est d'abord chauffée grâce aux frottements de l'eau dans le circuit primaire et ensuite la fission prend le relais pour monter l'eau en température). Cependant, les réacteurs maintiennent l'eau sous pression et l'empêchent de bouillir.

Elle circule dans un circuit fermé qui est appelé circuit primaire. Elle passe ensuite par un générateur de vapeur et transmet sa chaleur à l'eau présente dans un circuit secondaire. Cette eau chauffe à son tour et devient de la vapeur. Elle va actionner les turbines qui vont entraîner l'alternateur qui produira de l'électricité.

Chacune de ces machines déploie une grande puissance, ils nécessitent beaucoup d'énergie pour fonctionner convenablement.

L'enrichissement des combustibles

Après son extraction, l'uranium est précipité, filtré, lavé et séché. Il est ensuite débarrassé de ses impuretés et est transformé en hexafluorure d’uranium (UF6). Dans ce métal raffiné, mais naturel, on retrouve 993 g d'uranium 238 contre seulement 7 g d'uranium 235.

Bien qu'étant le seul qui soit fissile, l'uranium 235 ne peut pas être utilisé dans les réacteurs avec un tel isotope. Sa proportion doit être entre 30 et 50 g pour qu'il puisse subir la fission nucléaire qui va permettre la production d'électricité.

C'est pour cette raison qu'il faut l'enrichir avant de le transformer en pastilles. Cette étape demande beaucoup d'énergie, près de 19 000 000 MWh par an. Cela s'explique par la multitude de machines qui interviennent durant l'opération. Les méthodes qui ont été développées pour l'enrichissement sont :

• la diffusion gazeuse
• l’ultracentrifugeuse

Lorsqu'il atteint 56 °C, l'hexafluorure d'uranium passe à l'état gazeux. Dès qu'il est sous cette forme, il est diffusé à travers des barrières qui sont des cloisons fines percées de petits trous. Étant plus légères que les molécules d'uranium 238, celles d'uranium 235 traversent plus rapidement les barrières.

Cependant, après un seul passage, la quantité d'uranium 238 reste présente en quantité considérable. Pour atteindre la bonne proportion en uranium 235, le processus est donc renouvelé au moins 1 400 fois.

L'ultracentrifugation a progressivement remplacé la diffusion gazeuse et est utilisée dans presque toutes les centrales du monde. Avec cette méthode, l'enrichissement se fait dans un ensemble de centrifugeuses.

Elles sont chacune équipées d'un rotor qui fait entre 50 000 à 70 000 tours par minute. Cette vitesse permet de séparer, dans le gaz, les deux molécules d'uranium. Celles qui sont lourdes sont projetées sur la paroi et celles qui sont légères (isotope 235) restent au centre.

Le gaz enrichi en uranium 235 monte et est récupéré puis envoyé vers une autre centrifugeuse. Le cycle sera renouvelé plusieurs fois pour avoir la proportion d'uranium 235 voulue. L'ultracentrifugation consomme également beaucoup d'électricité, mais celle-ci est inférieure à celle dépensée par le premier procédé.

La station de pompage

La station de pompage fournit à la centrale nucléaire l'eau dont elle a besoin pour bien fonctionner. Elle provient d'une rivière, d'un fleuve ou d'une mer proche de la centrale. Si la source a un débit élevé, l'eau pompée est de plusieurs dizaines de m3 par seconde.

Dans le cas contraire, seulement quelques m3 sont prélevés par seconde. Cette eau froide circule dans des milliers de tubes qui se trouvent dans un appareil de condensation. Lorsque la vapeur qui actionne les turbines pour la production de la chaleur sort, elle entre en contact avec les tubes. L'eau à l'intérieur la refroidit et la condense jusqu'à ce qu'elle redevienne liquide.

Une pompe la ramène alors au générateur de vapeur pour un nouveau cycle tandis que l'eau du condenseur qui est désormais chaude est rejetée. Cependant, lorsque le débit de la rivière ou de la mer est faible, elle est envoyée dans des tours de refroidissement. Le courant d'air qui circule dans la tour la refroidit. Une bonne partie de cette eau est renvoyée dans les tubes et le reste s'évapore dans l'atmosphère.

Ce dispositif permet d'éviter la pollution thermique et de limiter l'échauffement de la source d'eau. Il y a également l'électricité utilisée dans les salles de commandes et pour les exportations.

Pour aller plus loin, n'hésitez pas à lire notre article de fond sur "L’énergie nucléaire : entre innovation et transition énergétique".