Dans cet article de blog, nous examinerons la sûreté des centrales nucléaires sud-coréennes en comparant les principes et les avantages et inconvénients des réacteurs à eau pressurisée et des réacteurs à eau bouillante.

Contexte et objectif de cet article

Les centrales nucléaires, communément appelées « centrales nucléaires », suscitent l'intérêt et l'inquiétude du public depuis plusieurs années. En particulier, suite à l'accident nucléaire de Fukushima au Japon le 11 mars 2011, les fuites radioactives et les opérations de décontamination prolongées ont amplifié l'anxiété de la population, et la crainte d'un accident similaire en Corée du Sud s'est répandue.
Le but de cet article est d'apaiser les inquiétudes du public en comparant les réacteurs principalement utilisés en Corée du Sud avec ceux de la centrale de Fukushima où l'accident s'est produit, et d'expliquer clairement les principes de fonctionnement, ainsi que les avantages et les inconvénients, des deux systèmes de réacteurs.

Situation actuelle des centrales nucléaires en Corée du Sud

La Corée du Sud comptait 23 centrales nucléaires en exploitation, dont les unités Kori 1 à 4, Shin-Kori 1 et 2, Wolseong 1 à 4, l'unité Shin-Wolseong 1, les unités Hanbit 1 à 6 et les unités Hanul 1 à 6. Cependant, suite à des scandales de corruption liés au secteur nucléaire, l'exploitation des unités Shin-Kori 2 et Shin-Wolseong 1 a été suspendue. Actuellement, 21 unités sont en service et produisent environ 13 millions de kWh d'électricité, soit environ 24 % de la production totale du pays.
En l'absence d'une commercialisation suffisante des sources d'énergie alternatives, l'énergie nucléaire continue de jouer un rôle essentiel dans la production d'électricité en Corée du Sud.

Classification des réacteurs et termes clés

Les réacteurs sont principalement classés selon leur fluide caloporteur et leur modérateur. Ceux qui utilisent de l'eau – le fluide caloporteur et modérateur le plus courant – sont appelés réacteurs à eau légère, tandis que ceux qui utilisent de l'eau lourde (eau contenant du deutérium) sont appelés réacteurs à eau lourde. Le fluide caloporteur est une substance qui transporte la chaleur produite dans le cœur pour refroidir le réacteur, et le modérateur est une substance qui ralentit les neutrons émis lors de la fission nucléaire afin de maintenir la réaction en chaîne.
Les réacteurs à eau légère se divisent en deux types selon la présence ou l'absence d'un générateur de vapeur. Un réacteur à eau pressurisée (REP) sépare les circuits primaire et secondaire grâce à un générateur de vapeur, tandis qu'un réacteur à eau bouillante (REB) actionne une turbine grâce à la vapeur produite directement par l'ébullition de l'eau de refroidissement dans le cœur.

Principe de fonctionnement d'un réacteur à eau pressurisée (REP)

Les réacteurs à eau pressurisée (REP) sont le type de réacteur à eau légère le plus répandu, représentant environ 60 % des réacteurs nucléaires mondiaux. Ils utilisent de l'uranium 235 faiblement enrichi (environ 2 à 5 %) comme combustible et sont conçus pour maintenir l'eau à l'état liquide même à des températures élevées d'environ 300 °C grâce à l'application d'une pression élevée (environ 150 atmosphères) au fluide caloporteur (eau légère).
L'eau chaude sous haute pression provenant du circuit primaire, qui circule dans le cœur du réacteur, pénètre dans le générateur de vapeur où elle chauffe l'eau du circuit secondaire pour produire de la vapeur. Cette vapeur, issue du circuit secondaire, actionne ensuite la turbine pour générer de l'électricité. Après son passage dans la turbine, la vapeur est refroidie dans un condenseur, où la chaleur est échangée et dissipée dans l'eau de mer ou un autre fluide. Cette séparation entre le circuit du réacteur et le circuit de la turbine est une caractéristique essentielle des réacteurs à eau pressurisée.

Principe de fonctionnement d'un réacteur à eau bouillante (REB)

Les réacteurs à eau bouillante représentent environ 22 % des réacteurs mondiaux, et celui utilisé à Fukushima appartient à cette catégorie. Ces réacteurs utilisent également de l'uranium faiblement enrichi (environ 2 %) comme combustible, mais la vapeur produite par l'ébullition du fluide caloporteur directement dans le cœur du réacteur actionne la turbine.
Bien qu'ils soient similaires aux réacteurs à eau pressurisée dans la mesure où la vapeur est condensée dans un condenseur — où la chaleur est transférée à l'eau de mer ou à un autre milieu —, il existe une différence structurelle : le système primaire et le système de turbine ne sont pas séparés.

Comparaison des avantages et des inconvénients des réacteurs à eau pressurisée et des réacteurs à eau bouillante

L'un des avantages des réacteurs à eau pressurisée réside dans le sens d'insertion des barres de contrôle. Dans ces réacteurs, ces barres sont généralement conçues pour être insérées du haut vers le bas, à partir des barres de combustible. Cette conception offre une sécurité accrue : même en cas de panne de courant accidentelle, les barres de contrôle descendent naturellement sous l'effet de la gravité, ralentissant ainsi la réaction de fission. Elles sont fabriquées à partir de matériaux absorbant efficacement les neutrons, tels que le bore, le cadmium et l'hafnium, afin de réguler le taux de fission.
Un autre avantage réside dans la séparation du réacteur et de la turbine. Cette séparation réduit considérablement le risque de contamination radioactive de la turbine et minimise les problèmes de corrosion à l'intérieur du réacteur, ce qui améliore la sûreté en matière de fuites radioactives et facilite la maintenance. En revanche, la présence de systèmes supplémentaires tels que les générateurs de vapeur, la complexité de la conception et la taille importante de l'installation engendrent des coûts d'investissement initiaux et de maintenance élevés, ce qui peut constituer un inconvénient en termes de coût et d'efficacité.
Les réacteurs à eau bouillante (REB) présentent l'avantage d'un rendement thermique élevé, la vapeur étant produite directement dans le cœur pour actionner la turbine. Leur structure relativement simple contribue à réduire les coûts de conception et de construction. Cependant, l'absence de séparation entre le circuit primaire et le circuit de turbine peut entraîner une migration de matières radioactives vers la turbine, ce qui constitue un inconvénient en matière de radioprotection et de maintenance.
De plus, le mécanisme d'insertion des barres de contrôle dans les réacteurs à eau bouillante repose soit sur la poussée des barres vers le haut par le dessous des barres de combustible, soit sur l'alimentation électrique ; par conséquent, l'insertion automatique par gravité devient difficile en cas de panne de courant lors d'un accident. Ainsi, si l'insertion automatique des barres de contrôle échoue lors d'une telle panne, la fission nucléaire peut se poursuivre, ce qui risque d'aggraver la situation ; la fission continue observée lors de l'accident de Fukushima a été citée comme l'un des facteurs ayant exacerbé les dommages. La corrosion du cœur due au changement de phase du fluide caloporteur constitue également un inconvénient majeur des réacteurs à eau bouillante.

Conclusion

En résumé, si les réacteurs à eau pressurisée présentent un désavantage en termes de coût et de rendement par rapport aux réacteurs à eau bouillante, leur conception leur confère une sécurité accrue. En revanche, malgré des avantages tels que des économies de coûts et un rendement supérieur grâce à leur cycle direct, les réacteurs à eau bouillante présentent des vulnérabilités en matière de sûreté, notamment le risque de fuite radioactive et les difficultés de contrôle en cas d'accident.
Étant donné que la plupart des réacteurs utilisés en Corée du Sud appartiennent à la famille des réacteurs à eau pressurisée, on peut conclure que des conceptions et des procédures d'exploitation relativement plus sûres sont en place pour prévenir des incidents comme l'accident de Fukushima au Japon, et qu'il n'y a pas lieu de s'inquiéter excessivement.