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Jean-Baptiste STUDER

et

Régis TERREN

20/10/2014

Responsable de TD :Frank HESS

I La corrélation entre eau et centrales nucléaires

2Fort calhoun - 2011

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.

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B) La sectorisation des besoins en eau en trois circuits indépendants

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schéma issu de http://energie.edf.com

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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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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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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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

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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de centrales nucléaires

E) Un exemple d’implantations le long d’hydrosystèmes : la France

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schéma issu de http://energie.edf.com

II. Une insertion délicate des centrales nucléaires dans les hydrosystèmes

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A) Les contraintes des hydrosystèmes pour les centrales nucléaires

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 Tihangehttps://www.flickr.com/photos/fondation-entreprise-reussite-scolaire/7266839786/

InondationsOrigines :

• Crues• Fortes précipitations• Tempêtes• Tsunamis

Risques :

• Infiltration• Accumulation de débris• Dommages électriques

Centrale américane de Fort Calhounhttp://www.jp-petit.org/nouv_f/seisme_au_japon_2011/seisme_japon_2011.htm

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

Grands froid

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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

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B) Impacts de l’activité des centrales sur les hydrosystèmes

Impact de la prise d’eau• Sur les organismes vivants dans les

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

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Rejets radioactifsOrigine

Principauxisotopes 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

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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/

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Rejets thermiquesOrigine :• 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 hydrosystèmesPhoto issue de : energie.edf.com

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

de la température de l'eau sur les poissonsConséquences de l'augmentation

Information issues de : http://seme.uqar.ca/menu/cadre_chemin1.htm

Implantation d’une centrale nucléaire dans un hydrosystème : l’exemple de Fessenheim 20

http://geoconfluences.ens-lyon.fr

http://lelab.europe1.fr/

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MERCI DE VOTRE ATTENTION !

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