La conversion de l'énergie thermique en énergie électrique :

La production d'électricité à partir du nucléaire  a débuté dans les années 1970.

Ce type d'énergie peut encore augmenter sa production en construisant de nouvelles centrales. Toutefois la population réagis généralement mal à la prolifération des centrales nucléaires car le problème des déchets radioactifs ne sont pas encore résolu à très long terme et les risques encourus en cas d'accident sont démesurés.

La production par le nucléaire est presque constante durant l'année Sur le graphique ci-contre on voit la répartition de la production en 2004 pour la Suisse.   L'utilisation de cette énergie en Suisse a presque atteint son maximum en 2009. On voit également sur le graphique que la production par le nucléaire peu légèrement varier de mois en mois.
Ci-dessous:  la représentation de 4 jours de production en Suisse en 2009.
On observe facilement que le rôle du nucléaire est de pourvoir à une base au besoin de la population. Toutes les fluctuations de production / consommation sont couverte par des centrales hydraulique, principalement à accumulation dont la mise en route et la régulation de production est beaucoup plus facile que pour les autres modes de production.   La Suisse avec ses grands barrages alpins joue ce rôle de fournisseur d'énergie de pointe de consommation pour plusieurs pays européens.  Le prix de l'énergie varie constamment  et son coût est le plus élevé lorsque la demande est la plus grande. Ce type de production (hydraulique) est donc particulièrement avantageuse dans les échanges d'énergie entre grands distributeurs.

Le principe de cette conversion d'énergie est de chauffer une matière qui entraînera, soit directement soit par un échangeur de chaleur, une turbine accouplée à un alternateur. La différenciation des centrales se fait en fonction de la source d'énergie primaire (nucléaire (fission), gaz, pétrole, géothermie, Tokamak (fusion) directement

Centrales nucléaire  (fission):

Une centrale nucléaire est une centrale thermique. Le carburant pour produire la chaleur est de l'uranium 235 ou du plutonium 239. Ce sont les barres de contrôle.

Dans le réacteur, on crée une fission des noyaux d'uranium (ou de plutonium) qui en se scindant libère de l'énergie (E=mc²). La fission qui dans une bombe atomique est une réaction en chaîne est ici (quand tout ce passe bien) contrôlée par les barres que l'on plonge ou que l'on retire du réacteur pour maintenir la réaction en chaîne et pour éviter que celle-ci ne s'emballe (les barres sont composées d'une matière qui absorbe les neutrons).

L'énergie libérée est transmise à un fluide (en rose). Ce fluide étant en contact avec les barres, il est radioactif. Il circule donc dans un circuit fermé et passe dans  un échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur et le réacteur sont placés dans une enceinte de confinement (local particulièrement résistant aux explosions et ne laissant pas passer la radioactivité).

Le nouveau fluide ( souvent de l'eau) est amenée à très haute pression et est amenée vers la turbine qu'elle met en rotation.

La turbine entraîne l'alternateur qui produit de l'électricité (triphasé haute tension).

La vapeur  est refroidie à la sortie de la turbine grâce à un nouvel échangeur de chaleur composé d'un circuit de refroidissement à eau. L'eau de ce circuit est refroidie dans de grandes tours de refroidissement dont il sort une petite fumée (valeur d'eau)  lors de l'utilisation de la centrale.

La durée de vie d'une centrale est en principe limitée à environs 30 ans. Son utilisation produit dans l'eau et dans l'air une augmentation local (négligeable selon les exploitants et les responsables politiques - trop importantes selon les riverains - habitants à moins de 60 km - et les écologistes) de la radioactivité.

Une centrale produit des déchets radioactifs, souvent pour des très très longues périodes dont on n'a pas vraiment trouvé de solution pour les stocker. Actuellement ces déchets sont mis en "super-bidon" dans la mer ou dans la terre.

L'emploi d'une centrale nucléaire est limitée à une production de base. C'est-à-dire que l'on ne peut presque pas varier sa production au fil des heures. On l'utilise donc pour produire la quantité d'énergie dont on a besoin en permanence et le pointe de consommation sont couverte par des centrales plus souples soit par exemple des centrales hydroélectriques (barrage).

La puissance d'une centrale nucléaire atteint 1500 MW.

Types de centrales nucléaires:

Les 418 réacteurs en service dans le monde en 1992  totalise une puissance installée de 325,5 GW .

note : au début du troisième millénaire, on annonce l'arrivée d'un nouveau type de réacteur nucléaire :"à lit de billes". Ce type de réacteur serait plus sûr avec de meilleurs rendements thermiques et une possibilité d'alimentation continue pendant le fonctionnement de la centrale.

Son principe est d'utiliser comme combustible  des billes de 6 cm de diamètre    en graphite contenant des centaines de billes faites de :

• un noyau de 0,5 mm de diamètre d'uranium
• une enveloppe de carbone poreux dans une enveloppe de carbone pyrolytique
• du carbure de silicium aussi dans une enveloppe externe de carbone pyrolytique

 

Centrales à gaz :

le fonctionnement d'une centrale à gaz est identique à une centrale thermique, seul le combustible change.

Centrales thermiques  :

Une centrale thermique est composée d'un brûleur ( gaz, huile lourde, charbon, résidu de l'industrie, déchets ménagers, etc..). Avec ce brûleur élève la température d'un fluide (souvent de l'eau) que l'on transforme de l'état liquide à l'état gazeux (vapeur).

Cette vapeur est dirigée vers le circuit secondaire et entraîne la turbine (rotation à haute vitesse) qui est elle-même accouplée à un alternateur qui transforme donc l'énergie cinétique de la turbine en énergie électrique. .

L'eau sous forme de vapeur est ensuite dirigée vers un échangeur de chaleur  dans lequel elle se condense. Elle est ensuite  pompée et redirigée vers le circuit primaire où un nouveau cycle peu se passer.

Le circuit de refroidissement est généralement à eau. Il s'agit parfois d'eau de rivière. Pour en limiter l'augmentation de température nuisible à l'environnement, on en utilise une grande quantité. Dans les zone urbaine, on peut utiliser cette eau pour alimenter des systèmes de chauffage à distance (on chauffe ainsi facilement tout un quartier d'habitation, de locaux commerciaux, industriels ou hospitalier).

L'énergie électrique ainsi produite est une énergie triphasée alternative à haute tension. La puissance fournie est de l'ordre de quelques centaine MW ( de 100 à 700 MW).