Centrales nucléaires et hydrosystèmes

1. 1
Jean-Baptiste
STUDER
et
Régis TERREN
20/10/2014
Responsable de TD :
Frank HESS

2. I La corrélation entre eau
et centrales nucléaires
2
Fort calhoun - 2011

3. A) Le rôle essentiel de l’eau
dans une centrale nucléaire
L’eau est une ressource encore plus importante que
l’uranium dans une centrale :
• Rôle de vecteur de chaleur au sein du réacteur
• Alimente les turbines et ainsi de produire de
l’électricité
• refroidit les installations, et donc à éviter tout risque
d’accident par surchauffe.
• Etc.
3

4. B) La sectorisation des besoins en eau
en trois circuits indépendants
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schéma issu de http://energie.edf.com

5. 1) Le circuit primaire
• Circuit clos (l’eau contenue étant radioactive.)
• Moins de 500 m3
• eau maintenue à 155 bars pour rester liquide
• chauffée à plus de 300°C.
• Transfert de l’énergie thermique (causée par la
fission des atomes) jusqu’au circuit 2ndaire
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6. 2) Le circuit secondaire
• Entre 2.000 et 2.500 m3.
• Eau transformée en vapeur au contact de la
chaleur du circuit primaire.
• -> Alimentation de la turbine entraînant
l’alternateur, d’où production d’électricité
• Puis passage par le condenseur, composé d’un
ensemble de tubes faisant partie du circuit
tertiaire, pour recommencer le cycle.
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7. 3) Le circuit tertiaire
• Non clos car il s’alimente en permanence dans
l’hydrosystème local.
• Utilisation de vastes volumes d’eau (de 25 à
50.000 m3) pour pouvoir refroidir le circuit
secondaire.
• -> Circuit le plus pertinent à étudier en cas
d’étude des interactions entre nucléaire et
hydrosystèmes.
• Peut être « ouvert » ou « fermé ».
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8. C) Les deux systèmes de réfrigération
par le circuit tertiaire
Le circuit secondaire se refroidit
au contact de l’eau prélevée
Le circuit secondaire se refroidit par
contact avec l’atmosphère au sein
d’une tour aéroréfrigérante
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schémas issus de http://energie.edf.com

9. D) Les besoins en eau des centrales
Avec un circuit ouvert
• Volumes annuels prélevés entre
900 à 1900 millions de m3 par
réacteur
• Eau ensuite rejetée à 99% dans
l’hydrosystème en aval
• Energie thermique rejetée aussi
à l’hydrosystème
• Le 1% restant évaporé ou
pompé pour alimenter les autres
besoins de la centrale
• volume utilisé pas proportionnel
aux besoins de la centrale
Avec un circuit fermé
• Circuit secondaire refroidi au
travers d’une tour aéroréfrigérante.
• Energie thermique dissipée à 75%
sous forme de vapeurs et à 25% par
convection.
• Quantité d’eau prélevée dans
l’hydrosystème compense celle
évaporée.
• Entre 40 et 140 millions de m3 par
an et par réacteur en fonction des
besoins de celui-ci.
• Quantité évaporée proportionnelle
à l’énergie produite par la centrale
–> 2,5 L/kWh net environ.
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10. E) Un exemple d’implantations le long
d’hydrosystèmes : la France
de centrales nucléaires
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schéma issu de http://energie.edf.com

11. II. Une insertion délicate des centrales
nucléaires dans les hydrosystèmes
A) Les contraintes des hydrosystèmes pour les centrales nucléaires
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 Inondations, sécheresses et canicules, grands froids…
B) Impacts de l’activité des centrales sur les hydrosystèmes
 Impacts de la prise d’eau, rejets radioactifs, chimiques et thermiques…
Centrale nucléaire de Tihange
https://www.flickr.com/photos/fondation-entreprise-
reussite-scolaire/7266839786/

12. Inondations
Origines :
• Crues
• Fortes précipitations
• Tempêtes
• Tsunamis
Risques :
• Infiltration
• Accumulation de débris
• Dommages électriques
Centrale américane de Fort Calhoun
http://www.jp-petit.org/nouv_f/seisme_au_japon_2011/seisme_japon_2011.htm

13. Canicules et
sécheresses
Importance :
• Durée
• Température de l’air et de
l’eau
• Réductions des débits des
cours d’eau
Impératifs :
• Réfrigérer les locaux
• Respecter les limites de
rejets radioactifs
chimiques et thermiques
http://img.20mn.fr/w05K9HfDSCuSjmuFpzPP-A/760x487

14. Grands froid
14
Risques :
• Bouchage des entrées
d’eau et d’air par la
glace (notamment le
frasil)
• Explosion des
tuyauteries
Centrale nucléaire de Saint-Laurent-des-Eaux

15. B) Impacts de l’activité des centrales sur les hydrosystèmes
Impact de la prise d’eau
• Sur les organismes vivants dans les
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hydrosystèmes : aspiration par les pompes
• Sur la migration des poissonns : à cause des
seuils construit à l’aval
• Sur le débit des cours d’eau
© Photo archives
thierry suire
Centrale nucléaire de
Goldfech – été 2012

16. 16
Rejets radioactifs
Origine
Principaux
isotopes
radioactifs
rejetés
Le tritium
Le carbone 14
L’iode 131
Le césium 137
Le Strontium
90
Le cobalt 60
…
Informations et schéma issus de http://energie.edf.com

17. 17
Rejets chimiques
Origines :
• Contrôle de la réaction nucléaire
• Lutte contre la corrosion
• Traitement antitartre
• Usure des materiaux
Risques :
• Toxicité pour les organismes
vivants
• Changements des
caractéristiques chimiques des
hydrosystèmes
Phénomène d’eutrophisation - http://www.cpepesc.org/L-EUTROPHISATION-des-rivieres-par.html
Liste des principaux rejets chimiques : l’acide borique, la lithine, l’hydrazine, la morpholine,
des ions ammonium, le nitrate, les nitrites, le sodium, les chlorures, des organohalogénés, le
trihalométhane, le sulfate, le phosphate, le chlore… source : http://www.next-up.org/

18. 18
Rejets thermiques
Origine :
• Refroidissement des installations nucléaire
Risque :
• La température est un des facteur principal du comportement des
animaux et des végétaux aquatique
• Sa modification entraine des changements physiques et chimiques dans
les hydrosystèmes
Photo issue de : energie.edf.com

19. Composante biologique Modifications et risques
Températures létales Mortalité des poissons (selon la tolérance thermique des individus) et particulièrement chez les larves et les
alevins qui ne sont pas en mesure de compenser métaboliquement les variations de température (faible
acclimatation).
Comportement -Augmentation du taux d’activité,
-modification de la vitesse de nage,
-concentration de certaines espèces au niveau du site de rejet, etc.
-la distribution et la migration
Métabolisme Accélération des activités métaboliques, augmentation de la consommation en oxygène, croissance plus
rapide.
Reproduction -Modification des cycles saisonniers de développement des gonades.
-Diminution du succès reproducteur
Développement embryonnaire et
larvaire
Le développement des embryons et des larves de certaines espèces de poisson peut être décalé par rapport
au rythme normal et donc, confronté à un manque de nourriture ou à des conditions non favorables.
Alimentation L’augmentation du métabolisme augmente les besoins en nourriture ce qui peut être désastreux s'il y a
parallèlement détérioration des lieux de nourrissage et de certaines ressources alimentaires.
Croissance Inhibition de la croissance des alevins et des juvéniles si la température dépasse un certain seuil.
Maladies parasites Diminution de l’immunité naturelle des poissons en cas de températures élevées
Toxicologie Accroissement de la bio concentration de certaines substances (Hg) et de la toxicité d’autres (Zn, Cd,
NH4+,phénols)
Populations -Modification des proportions de l’abondance des espèces.
-Changement dans la chaîne alimentaire
Conséquences de l'augmentation
Information issues de :
http://seme.uqar.ca/menu/cadre_chemin1.htm
de la température de l'eau sur les poissons

20. http://geoconfluences.ens-lyon.
fr
http://lelab.europe1.fr/
Implantation d’une
centrale nucléaire dans
un hydrosystème :
l’exemple de Fessenheim 20

21. 21

22. 22

23. 23
MERCI DE VOTRE
ATTENTION !
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lien que l’on vous a envoyé ce matin !