La chaudière nucléaire est la partie de la centrale qui permet la production de vapeur pour alimenter les groupes turbo-alternateurs qui vont générer l’électricité.

Cette « chaudière » contient le réacteur nucléaire proprement dit, où le combustible subit une réaction de fission qui libère une quantité considérable d’énergie.

Agissant comme une courroie de transmission, le circuit primaire, en eau chaude pressurisée pour les réacteurs de type « REP », transporte cette chaleur jusqu’au générateur de vapeur qui alimente à son tour en vapeur le circuit secondaire pour faire tourner les turbines qui produisent l’électricité.

Les centrales nucléaires se composent invariablement de deux parties :
• un îlot nucléaire qui accueille la chaudière et dont la principale fonction est de fournir de la vapeur,
• et un îlot conventionnel non nucléaire, dédié à la production d'électricité, dont les turbines tournent grâce à la vapeur.

Elles intègrent également :
• des équipements de pilotage et de contrôle des installations,
• ainsi que des équipements connexes.

L’îlot nucléaire (IN) constitue la zone nucléaire à proprement parler.

Il se compose :
• d’une chaudière nucléaire qui contient le combustible,
• ainsi que des différents équipements nécessaires au fonctionnement (les circuits auxiliaires, les installations de réception et d’entreposage du combustible) et à la sécurité (les circuits de sauvegarde) de l’ensemble.

1 – La chaudière nucléaire

La chaudière nucléaire utilise la chaleur dégagée par la réaction nucléaire pour chauffer le fluide caloporteur (ou porteur de chaleur) primaire. Pour les Réacteurs à Eau Pressurisée ou REP, il s’agit d’eau chaude sous pression. Cette eau primaire va, à son tour, venir chauffer l’eau du circuit secondaire et la transformer en vapeur.

Elle comprend :
• une cuve étanche en acier dans laquelle se trouvent les assemblages combustibles qui constituent le cœur du réacteur. Celui-ci , génère une réaction de fission nucléaire, contrôlée au moyen de barres absorbantes de neutrons et dégage une chaleur intense dans le réacteur
• un circuit primaire qui extrait la chaleur produite dans le cœur du réacteur. En pratique, des pompes à moteur électriques font circuler le fluide caloporteur à l’intérieur d’une tuyauterie fermée, qui fonctionne en boucle.
  Elles acheminent ainsi l’eau chaude jusqu’à 3 ou 4 générateurs de vapeur (le nombre de générateur varie en fonction de la puissance du réacteur) qui agissent comme une courroie de transmission pour communiquer la chaleur au circuit secondaire.
• un pressuriseur qui maintient sous pression l’eau primaire, chauffée à plus de 300 °C, pour empêcher son ébullition.

2 – Les circuits de sauvegarde

En cas de défaillance ou d’accident (systèmes de sauvegarde), ces systèmes assurent le maintien des fonctions de sécurité essentielles de l’îlot nucléaire, notamment le refroidissement du cœur, l’évacuation de la chaleur ou le confinement des matières radioactives.

3 – Les circuits auxiliaires et les installations relatives à la gestion du combustible, et au traitement des déchets.

Les circuits auxiliaires permettent d’assurer toutes les opérations que nécessite l’exploitation de la chaudière. Il s’agit par exemple du système qui prend le relais des générateurs de vapeur pour évacuer la puissance résiduelle quand le réacteur est à l’arrêt.

Les installations relatives à la gestion du combustible comprennent essentiellement la piscine d’entreposage du combustible usé, ainsi que les systèmes de chargement et de déchargement des combustibles neufs et usés.

Les installations de traitement des effluents et déchets permettent l’épuration et/ou le conditionnement des effluents liquides et solides générés par l’exploitation de la centrale, en accord avec les critères environnementaux ou les spécifications des sites d’entreposage/stockage.

L’îlot conventionnel désigne l’ensemble des Installations Productrices d’Electricité (IPE). Cette partie non nucléaire ne se distingue pas d’une centrale thermique classique (à gaz, au fuel ou au charbon par exemple).

Un îlot conventionnel comprend notamment une turbine à vapeur avec un condenseur (pour condenser la vapeur en eau, puis la recycler vers les générateurs de vapeur), un alternateur et un transformateur.

1 – Circuit secondaire, turbine à vapeur et alternateur

L’eau froide du circuit secondaire pénètre dans le générateur de vapeur, entre en ébullition et repart sous forme de vapeur. Un système de chicanes et de filtres fait retomber toutes les gouttelettes en suspension pour obtenir une vapeur sèche qui va faire tourner les turbines à une vitesse de 1 500 tours par minute et entraîner un alternateur produisant un courant électrique alternatif à 50 Hz.

2 – Le transformateur

Le courant produit par l'alternateur est ensuite envoyé sur un transformateur qui élève sa tension électrique, ce qui lui permet d’être transporté par les lignes très haute tension du réseau.

L’instrumentation rassemble l’ensemble des outils de mesure, de surveillance, de contrôle et de pilotage du procédé et des équipements afférents.

Le système de contrôle-commande de la centrale répond quant à lui à des spécifications imposées par le procédé, la sûreté nucléaire et par les conditions d’exploitation.

Les outils utilisés comprennent :
• des capteurs pour réaliser les mesures,
• des automates de commande programmables,
• ainsi que des moyens de contrôle et de pilotage centralisés à la disposition des opérateurs (pupitres, alarmes...).

Il se compose :
• d’un contrôle commande de sûreté, qui a pour mission d’actionner et maintenir les fonctions importantes pour la sûreté de la centrale : arrêt de la réaction neutronique, refroidissement du cœur, confinement etc…Ce contrôle-commande inclut notamment l’instrumentation de surveillance du cœur.
• d’un contrôle commande opérationnel, qui assure les autres fonctions (régulation de la puissance, fonctionnement des auxiliaires etc…)

Par ailleurs, les équipements connexes - mieux connus sous le terme de Balance of Plant (BOP) - rassemblent l’ensemble des équipements mécaniques et électriques étrangers au fonctionnement de l’îlot nucléaire et de la turbine :
• poste de prélèvement de l’eau alimentaire et tours de refroidissement du condenseur,
• bâtiments administratifs,
• poste d’évacuation de l’électricité produite, etc.