Systèmes de sûreté des centrales nucléaires

Au Canada, chaque centrale nucléaire dispose de plusieurs systèmes de sûreté robustes qui ont été conçus pour prévenir les accidents et réduire les conséquences s'il devait s'en produire un. Tous ces systèmes sont entretenus et inspectés régulièrement. Au besoin, des améliorations y sont apportées pour que les centrales respectent ou dépassent les normes de sûreté rigoureuses établies par la Commission canadienne de sûreté nucléaire. Les systèmes exécutent trois fonctions de sûreté fondamentales : le contrôle du réacteur, le refroidissement du combustible et le confinement du rayonnement.

Fonctionnement d'une centrale nucléaire

Le réacteur

Toutes les centrales nucléaires au Canada sont dotées de réacteurs de type CANDU, une technologie sûre et fiable.

Les réacteurs CANDU génèrent de l'électricité grâce au processus de la fission.

La fission consiste à diviser des atomes d'uranium naturel à l'intérieur d'un réacteur, ce qui produit du rayonnement et de la chaleur.

Les atomes divisés poursuivent une réaction en chaîne : de plus en plus d'atomes sont divisés, ce qui dégage encore plus de rayonnement et de chaleur.

La chaleur - donc l'énergie - est captée pour produire de la vapeur afin d'alimenter des turbines et des générateurs qui produisent de l'électricité.

Cette image illustre comment la chaleur générée par la fission de l'atome est utilisée pour produire de l'électricité.

Piscines de combustible nucléaire usé

Après qu'il ait été utilisé dans le réacteur, l'uranium qui sert de combustible nucléaire est retiré et conservé en toute sûreté dans une piscine pendant une période de six à dix ans.

L'eau de la piscine refroidit le combustible et offre une protection contre le rayonnement.

Toutes les piscines de combustible du Canada sont aménagées dans le sol et se trouvent dans des bâtiments séparés sur le site des centrales nucléaires. Elles sont conçues pour résister aux tremblements de terre.

Piscine de combustible
Piscine de combustible à la centrale nucléaire Bruce, Kincardine (Ontario)

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Contrôle du réacteur

Exploitation normale

Le contrôle du réacteur consiste à augmenter, à réduire ou à arrêter la réaction en chaîne qui se produit à l'intérieur du réacteur.

Lorsque le réacteur est en marche, on contrôle la réaction en chaîne (le niveau de puissance du réacteur) en actionnant des barres de compensation et en faisant varier le niveau d'eau dans des cylindres verticaux.

Des détecteurs sensibles surveillent constamment différentes variables telles que la température, la pression et le niveau de puissance du réacteur.

Au besoin, les réacteurs CANDU peuvent s'arrêter automatiquement et en toute sûreté en quelques secondes.

Systèmes d'arrêt

Au Canada, tous les réacteurs nucléaires disposent de deux systèmes d'arrêt. Ceux-ci sont indépendants, rapides et aussi efficaces l'un que l'autre.

Le premier comprend des barres qui s'abaissent automatiquement et mettent fin à la réaction en chaîne en cas d'anomalie.

Le deuxième injecte un liquide, ou poison, dans le réacteur pour mettre fin immédiatement à la réaction en chaîne.

Les deux systèmes fonctionnent sans électricité et sans intervention humaine. On peut toutefois les activer manuellement.

Ces systèmes sont testés régulièrement en toute sûreté.

Vue en coupe d'un réacteur CANDU illustrant les systèmes d'injection de poisson et de barres d'arrêt d'urgence.

Remise en marche du réacteur

Quand un réacteur CANDU est à l'arrêt, il reste ainsi jusqu'à ce que les opérateurs de la salle de commande le remettent en marche.

Il est impossible pour un réacteur arrêté de se remettre en marche accidentellement. Il faut intervenir manuellement pour le remettre en marche. Il s'agit là d'un autre important mécanisme de sûreté.

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Refroidissement du combustible

Chaleur de désintégration

Après l'arrêt, la quantité d'énergie générée par le réacteur diminue rapidement.

Le combustible nucléaire continue cependant de produire de la chaleur. Il faut donc le refroidir.

Cette chaleur, appelée chaleur de désintégration, compte pour une infime partie de la chaleur qui est générée pendant le fonctionnement normal du réacteur.

Grappe de combustible
Grappe de combustible CANDU

Principaux circuits de refroidissement

Le refroidissement du combustible est assuré par trois principaux systèmes :

  • Le circuit caloporteur;
  • Le circuit de vapeur;
  • Le circuit de refroidissement du condenseur.

Le circuit caloporteur achemine la chaleur produite par le réacteur aux générateurs de vapeur.

Ce circuit est fait de conduites très robustes remplies d'eau lourde - une sorte d'eau rare qu'on trouve dans la nature. Les conduites et autres composants du circuit sont entretenus et inspectés régulièrement et ils sont remplacés au besoin.

En cours d'inspection, on évalue l'usure des conduites pour déceler les fissures microscopiques et les changements avant qu'ils ne causent des problèmes.

Eau lourde

Pour 7 000 gouttes d'eau, on compte en moyenne une goutte d'eau lourde. L'eau lourde est 10 % plus lourde que l'eau ordinaire, car elle contient une forme lourde d'hydrogène, qu'on appelle le deutérium.

Vue en coupe d'une centrale nucléaire CANDU indiquant l'emplacement du circuit caloporteur.
Circuit caloporteur

Le deuxième système, soit le circuit de vapeur, utilise de l'eau ordinaire. La chaleur du réacteur transforme cette eau en vapeur, laquelle actionne les turbines et les générateurs.

Vue en coupe d'une centrale nucléaire CANDU indiquant l'emplacement du circuit vapeur.
Circuit de vapeur

La vapeur est ensuite refroidie et condensée à l'aide d'un troisième système qui pompe de l'eau froide provenant d'un plan d'eau, par exemple un lac ou un réservoir. Ce système est appelé circuit de refroidissement du condenseur.

Tout comme les autres composants, les circuits de vapeur et de refroidissement du condenseur sont inspectés régulièrement.

Ces inspections ont lieu tout au long de la durée de vie des installations nucléaires. Elles servent à vérifier que l'équipement vieillissant fonctionne selon sa conception d'origine.

Vue en coupe d'une centrale nucléaire CANDU indiquant l'emplacement du circuit de refroidissement du condenseur.
Circuit de refroidissement du condenseur

Circuit de refroidissement à l'arrêt

Un système de refroidissement simplifié est utilisé lorsque le réacteur est à l'arrêt pendant une longue période, par exemple pendant un arrêt prévu.

Il ne consomme que peu d'électricité et est relié directement au circuit caloporteur. Il permet un drainage partiel du circuit primaire de refroidissement pour réaliser certains travaux d'inspection et d'entretien (par exemple : l'inspection des tubes du générateur de vapeur ou le remplacement des composants de pompe).

Sources d'alimentation multiples

Les circuits caloporteurs fonctionnent à l'électricité. En temps normal, ils obtiennent leur électricité de la même source que nous, c'est-à-dire du réseau public.

Les centrales nucléaires au Canada sont dotées de plusieurs sources d'alimentation d'appoint au cas où elles n'auraient plus accès au réseau public.

Parmi elles, il y a l'électricité produite par la centrale elle-même.

De plus, les centrales disposent :

Générateurs d'électricité d'urgence
Générateurs d'électricité d'urgence
  • de deux ou trois générateurs de secours;
  • de deux ou trois générateurs d'urgence;
  • de batteries de secours.

Certaines centrales comptent encore plus de systèmes de production d'électricité.

Vous pouvez en apprendre davantage en visionnant notre vidéo qui décrit ce qui se passerait dans le cas très improbable d'une panne d'électricité totale dans une centrale, comme celle ayant mené à l'accident de Fukushima après le tsunami qui a détruit toutes les sources d'alimentation électrique sur le site.

Circulation naturelle

Une des caractéristiques de sûreté inhérentes et éprouvées des réacteurs CANDU est leur capacité de refroidir le réacteur par circulation naturelle.

Dans les réacteurs CANDU, la circulation naturelle s'enclenche lorsque les pompes qui acheminent le liquide de refroidissement dans le circuit caloporteur cessent de fonctionner.

Pour que la circulation naturelle se poursuive, il faut remplir les générateurs de vapeur avec de l'eau froide.

Fonctionnement

Cette caractéristique de refroidissement des réacteurs CANDU fonctionne en raison de la différence de température et d'altitude entre les générateurs de vapeur (plus froids et situés plus haut) et le cœur du réacteur (plus chaud et situé plus bas).

Systèmes d'injection d'urgence

Réservoirs d'azote sous pression
Réservoirs d'azote sous pression

Dans le cas improbable d'une fuite d'eau lourde, qui pourrait être causée par la rupture d'un tuyau par exemple, les systèmes d'injection d'urgence assureraient le refroidissement du combustible en continuant à faire circuler de l'eau dans les conteneurs de combustible.

Pour y arriver, ces systèmes utiliseraient des réservoirs d'azote sous pression ou des pompes.

Toutes les centrales possèdent deux ou trois de ces systèmes d'injection.

Un bassin collecteur au sous-sol du bâtiment-réacteur récupérerait l'eau qui serait réacheminée par pompage dans le réacteur jusqu'à ce que des réparations soient effectuées.

Équipement d'urgence

Vérification d'une génératrice d'urgence portative
Un inspecteur de la CCSN vérifie une génératrice d'urgence portative

Pour donner suite à l'une des mesures à prendre formulées par la CCSN après l'accident de Fukushima, les exploitants de centrales nucléaires ont fait l'acquisition d'équipement d'urgence, comme des générateurs et des pompes portatives, qui pourraient être utilisées pour placer les réacteurs en état d'arrêt sûr en cas d'accident grave.

L'équipement situé sur le site et hors site peut facilement être transporté et utilisé à diverses fins.

Par exemple, il pourrait servir à stabiliser les réacteurs, à fournir une alimentation électrique à la salle de commande ou à ajouter de l'eau aux piscines de combustible nucléaire usé pour qu'elles continuent de refroidir le combustible nucléaire usé.

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Confinement du rayonnement

Couches de confinement

Les réacteurs nucléaires sont équipés de barrières multiples qui servent à confiner le rayonnement en toute sûreté.

Il y a au cœur de tous les réacteurs CANDU des pastilles de céramique durcie contenant de l'uranium naturel.

Ces pastilles confinent le rayonnement et forment par conséquent la première couche de confinement.

Les pastilles sont stockées dans des barres, qui constituent la deuxième couche de confinement. Les barres de combustible CANDU sont faites de zirconium, un alliage métallique qui résiste extrêmement bien à la chaleur et à la corrosion.

Les barres sont chargées dans des tubes de force, qui font partie du circuit caloporteur. Il s'agit de la troisième couche de confinement.

Les tubes de force sont placés dans une calandre métallique, qui se trouve à l'intérieur d'une épaisse enceinte en béton armé.

Cette image illustre les différentes couches de confinement, y compris les pastilles de combustible, barre de combustible et tube de force.

Le bâtiment qui loge et protège le réacteur constitue la quatrième couche de confinement.

Les murs du bâtiment-réacteur sont en béton armé et font au moins un mètre d'épaisseur.

Le bâtiment-réacteur est entouré d'une zone d'exclusion (zone tampon).

Réduction au minimum des rejets radioactifs

Dans des conditions d'exploitation normale, les centrales nucléaires rejettent de très petites quantités de rayonnement dans l'air et dans l'eau.

Ces rejets proviennent du réacteur et de son système, ainsi que des activités de gestion des déchets.

Pour réduire le plus possible les rejets dans l'air, les systèmes de ventilation sont pourvus de filtres à haute efficacité et de radiamètres.

Les filtres suppriment plus de 99 % du rayonnement dans l'air avant qu'il soit rejeté dans l'environnement.

Des systèmes semblables suppriment la radioactivité dans les rejets d'eau.

Vérification des taux de rayonnement
Un inspecteur de la CCSN vérifie les taux de rayonnement

Les rejets d'eau proviennent habituellement des eaux de lavage servant à nettoyer les surfaces, les planchers et les vêtements, et des eaux usées provenant des douches et des lavabos.

Tous les rejets radioactifs provenant des installations nucléaires au Canada sont très faibles. Ils sont surveillés et contrôlés par l'opérateur de la centrale, qui les signale à la CCSN.

Les taux de rejet sont de loin inférieurs aux limites réglementaires et ils ne posent aucun risque pour la santé et la sécurité des personnes et de l'environnement.

Les systèmes de filtration sont inspectés régulièrement, et la loi oblige les opérateurs de centrale à signaler tous les rejets radioactifs dans l'environnement.

Protection des structures de confinement en cas d'accident

Des systèmes de sûreté ont été mis en place pour qu'ils puissent, en cas d'accident, protéger les structures de confinement contre la pression interne générée par les rejets de vapeur à l'intérieur du bâtiment-réacteur. Si elle n'est pas maîtrisée, cette pression peut provoquer une explosion.

Dans une centrale à tranche unique, la pression interne serait réduite en aspergeant de l'eau provenant d'un réservoir.

Vue en coupe du bâtiment réacteur d'une centrale CANDU à tranche unique indiquant l'emplacement du réservoir d'eau d'aspersion, des générateurs de vapeurs, du réacteur et du bassin collecteur.
Vue en coupe du bâtiment réacteur d'une centrale CANDU à tranche unique.

Dans une centrale à tranches multiples, on réduirait la pression en évacuant la vapeur et les gaz chauds du bâtiment-réacteur dans le bâtiment sous vide.

Le bâtiment sous vide est une structure spécialement conçue pour abaisser rapidement et en toute sécurité la pression à l'intérieur du bâtiment-réacteur. Ce bâtiment contient aussi un système d'aspersion servant à contrôler la pression.

Le bâtiment sous vide et le système d'aspersion fonctionnent sans électricité. Ils sont testés périodiquement sous la supervision des inspecteurs de la CCSN.

Centrale à tranches multiples
Vue en coupe d'une centrale nucléaire CANDU à réacteurs multiples
Centrale à tranche multiples version textuelle.

La centrale comprend trois grands bâtiments, c’est-à-dire le bâtiment sous vide, le bâtiment réacteur et le bâtiment de la turbine. Dans l’image, des flèches pointent vers les principaux composants de la centrale et l’endroit où elles se situent. Le bâtiment sous vide abrite le réservoir d’eau d’aspersion et les vannes de décharge de vapeur. Le bâtiment réacteur abrite les générateurs de vapeur, le réacteur et le bassin collecteur, situé dans le sous-sol du bâtiment. Le bâtiment de la turbine est quant à lui relié au bâtiment réacteur. On voit aussi les turbines, le générateur et le condensateur qui refroidit l’eau provenant d’un lac ou de la mer. À l’extérieur de la centrale, on trouve le système de filtration d’air, à côté du bâtiment sous vide. Les générateurs d’urgence et de secours et une tour de transmission sont également à l’extérieur. Grande image

Gestion de l'hydrogène

Inspection de recombineur autocatalytique passif
Un inspecteur de la CCSN examine un recombineur autocatalytique passif nouvellement installé.

Un accident grave peut entraîner la production d'hydrogène. L'hydrogène est un gaz inflammable qui pourrait exploser, endommager l'enceinte de confinement et d'autres parties de la centrale, et présenter un danger pour le personnel.

Pour gérer les dangers potentiels liés à l'hydrogène, la plupart des centrales CANDU sont équipées d'allumeurs ou de brûleurs.

Dernièrement, les exploitants de centrales nucléaires ont commencé à installer des recombineurs autocatalytiques passifs dans les centrales.

Il s'agit d'appareils qui retirent de l'hydrogène du milieu de confinement de manière passive (sans source d'alimentation externe), ce qui réduit le risque d'explosion et d'incendie.

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