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Auteur(s)
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Pierre CACHERA : Ancien ingénieur d’EDF et Sofratome
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La conception du réacteur à eau ordinaire bouillante (REB) découle de celle du réacteur à eau ordinaire sous pression (REP) développé pour la propulsion navale : dans sa version civile, pour la production d’électricité, le réacteur n’est plus soumis aux mêmes contraintes de compacité, de résistance aux secousses et de changements d’assiette pouvant perturber la stabilité de l’interface eau-vapeur dans la cuve.
Libéré de ces contraintes, on devait pouvoir réaliser un réacteur de puissance moins coûteux et plus performant que le REP en permettant l’ébullition de l’eau dans le cœur du réacteur. Cette direction ouvrait la voie au cycle direct eau-vapeur (« Dual-cycle » du BWR 1 de GE Co), puis à la suppression des générateurs de vapeur (complète à partir du modèle BWR 2 de GE Co). La recherche fut engagée dès 1945 dans les laboratoires américains d'Oak Ridge (ORNL) et d'Argonne (ANL). Le prototype EBWR (« Experimental Boiling Water Reactor ») mis en service à Argonne en 1956 a démontré la faisabilité du concept.
La filière du réacteur à eau ordinaire bouillante (« Boiling Water Reactor » ou BWR aux États-Unis) fut lancée sur le marché mondial au début des années 1970 par la General Electric Company (GE Co) alors que simultanément Westinghouse faisait la promotion de son « Pressurised Water Reactor » (PWR ou REP).
Le REB n'a pas eu le succès commercial escompté car, assez vite, apparut un phénomène de fissuration du matériau des boucles de recirculation (corrosion intergranulaire sous tension de l'acier inoxydable austénitique) entraînant des pertes de disponibilité importantes sur les réacteurs en exploitation. Le problème n’avait pas été identifié au cours du développement, principalement basé sur des essais hors pile insuffisamment représentatifs des conditions réelles de fonctionnement.
Alors que GE Co s'effaçait sur le terrain commercial (le parc mondial de REB en service n'est que le tiers de celui des REP), la société allemande AEG qui avait acquis la licence GE Co et la société suédoise ASEA-Atom reprenaient à leur compte la conception du réacteur dans les années 1970. Leur contribution la plus significative fut la suppression des boucles de recirculation externes qui s’étaient montrées défaillantes, les pompes de recirculation de l’eau de refroidissement du cœur étant implantées directement dans le fond inférieur de la cuve du réacteur.
Réalisant l’intérêt des nouvelles conceptions européennes, GE Co, qui avait obtenu un rapide succès au Japon, révisait à son tour dans les années 1980 la conception de son réacteur. La firme américaine définit un modèle dit « avancé » ou ABWR (« Advanced Boiling Water Reactor ») incorporant lui aussi les pompes de recirculation dans la cuve (« Reactor Internal Pumps »). L’ABWR fut développé en coopération avec les Japonais qui ne voulaient pas du dernier modèle de GE Co, le BWR 6, affecté des défauts des modèles antérieurs. Les deux tranches Kashiwasaki 6 et 7 réalisées par le groupement Toshiba-Hitachi-GE Co pour Tokyo Electric Power, mises en service en 1996 et 1997, constituent la tête de filière de la nouvelle série ABWR. Un niveau de compétitivité et une disponibilité élevés sont attendus. Le Japon compte ainsi 28 REB en exploitation (pour seulement 23 REP).
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- Version courante de juil. 2011 par Pierre BOIRON
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Chimie des eaux. Matériaux1. Physique du cœur. Neutronique et thermohydraulique
Le lecteur pourra également consulter les articles du présent traité : [B 3 012] Fission nucléaire, [B 3 025] Théorie des réacteurs nucléaires et [B 3 050] – Thermohydraulique des réacteurs.
Le cœur du réacteur (figure 1) est cylindrique comme celui du REP (réacteur à eau ordinaire sous pression). Les crayons combustibles sont disposés dans des assemblages ou boîtiers (assemblages allant de
à
crayons) entre lesquels s’insèrent les barres de contrôle cruciformes. Des détecteurs de flux sont répartis à plusieurs niveaux dans le cœur. Des sources de neutrons antimoine-béryllium y sont également disposées pour contrôler la divergence au démarrage du réacteur (tableau 1).
La neutronique du REB (réacteur à eau ordinaire bouillante) est voisine de celle du REP, mais du fait du taux élevé d'ébullition dans le REB, pour un rapport de modération comparable (rapport donnant la sous-modération nécessaire pour que les coefficients de température et de vide soient toujours négatifs, afin d’assurer la stabilité et la sûreté), le ratio des volumes
du REB est plus important (2,50 à 2,70 au lieu de 2,05). Pour cette raison et éviter le risque d’instabilité thermohydraulique évoqué au paragraphe 1.1...
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