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Thermohydraulique des réacteurs INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES ET TECHNIQUES NU

Thermohydraulique des réacteurs INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES ET TECHNIQUES NUCLÉAIRES Jean-Marc DELHAYE GÉNIE ATOMIQUE Thermohydraulique des réacteurs nucléaires Jean-Marc Delhaye Avec la collaboration de Michel Giot, Laurent Mahias, Patrick Raymond et Claude Renault EDP Sciences 17, avenue du Hoggar Parc d’activités de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France Imprimé en France ISBN : 978-2-86883-823-0 Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1erde l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. c ⃝EDP Sciences, 2008 Introduction à la collection Génie Atomique Au sein du Commissariat à l’énergie atomique (CEA), l’Institut national des sciences et techniques nucléaires (INSTN) est un établissement d’enseignement supérieur sous la tutelle du ministère de l’Education nationale et du ministère de l’Industrie. La mission de l’INSTN est de contribuer à la diﬀusion des savoir-faire du CEA au travers d’enseignements spécialisés et de formations continues, tant à l’échelon national qu’aux plans européen et international. Cette mission reste centrée sur le nucléaire, avec notamment l’organisation d’une formation d’ingénieur en « Génie Atomique ». Fort de l’intérêt que porte le CEA au développement de ses collaborations avec les universités et les écoles d’ingénieurs, l’INSTN a développé des liens avec des établissements d’enseignement supérieur aboutissant à l’organisation, en co-habilitation, de plus d’une vingtaine de Masters. A ces formations s’ajoutent les enseignements des disciplines de santé : les spécialisations en médecine nucléaire et en radiopharmacie ainsi qu’une formation destinée aux physiciens d’hôpitaux. La formation continue constitue un autre volet important des activités de l’INSTN, lequel s’appuie aussi sur les compétences développées au sein du CEA et chez ses partenaires industriels. Dispensé dès 1954 au CEA Saclay, où ont été bâties les premières piles expérimentales, la formation en « Génie Atomique » (GA) l’est également depuis 1976 à Cadarache, où a été développée la ﬁlière des réacteurs à neutrons rapides. Depuis 1958 le GA est enseigné à l’Ecole des applications militaires de l’énergie atomique (EAMEA) sous la responsabilité de l’INSTN. Depuis sa création, l’INSTN a diplômé plus de 4200 ingénieurs que l’on retrouve aujourd’hui dans les grands groupes ou organismes du secteur nucléaire français : CEA, EDF, AREVA, Marine nationale. De très nombreux étudiants étrangers provenant de diﬀérents pays ont également suivi cette formation. Cette spécialisation s’adresse à deux catégories d’étudiants : civils et militaires. Les étudiants civils occuperont des postes d’ingénieurs d’études ou d’exploitation dans les réacteurs nucléaires, électrogènes ou de recherches, ainsi que dans les installations du cycle du combustible. Ils pourront évoluer ii Introduction à la collection Génie Atomique vers des postes d’experts dans l’analyse du risque nucléaire et de l’évaluation de son impact environnemental. La formation de certains oﬃciers des sous-marins et porte-avions nucléaires français est dispensée par l’EAMEA. Le corps enseignant est formé par des chercheurs du CEA, des experts de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), des ingénieurs de l’industrie (EDF, AREVA,...). Aujourd’hui, en pleine maturité de l’industrie nucléaire, le diplôme d’ingé- nieur en « Génie Atomique » reste sans équivalent dans le système éducatif français et aﬃrme sa vocation : former des ingénieurs qui auront une vision globale et approfondie des sciences et techniques mises en œuvre dans chaque phase de la vie des installations nucléaires, depuis leur conception et leur construction jusqu’à leur exploitation puis leur démantèlement. L’INSTN s’est engagé à publier l’ensemble des supports de cours dans une collection d’ouvrages destinés à devenir des outils de travail pour les étudiants en formation et à faire connaître le contenu de cet enseignement dans les établissements d’enseignement supérieur français et européens. Edités par EDP Sciences, acteur particulièrement actif et compétent dans la diﬀusion du savoir scientiﬁque, ces ouvrages sont également destinés à dépasser le cadre de l’enseignement pour constituer des outils indispensables aux ingénieurs et techniciens du secteur industriel. Joseph Safieh Responsable général du cours de Génie Atomique Table des matières Introduction à la collection « Génie Atomique » i Avant-Propos xv 1 Caractéristiques thermohydrauliques des réacteurs 1 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Rappels sur les cycles thermodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1 Cycle de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Cycle de Rankine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 Cycle de Brayton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3 Caractéristiques générales des réacteurs nucléaires . . . . . . . . . . . 13 3.1 Cœurs et combustibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.2 Circuits et composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4 Les réacteurs à eau sous pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1 Description générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.2 Le cœur et le combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.3 Le circuit de refroidissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.4 La cuve des REP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.5 Les générateurs de vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.6 Les circuits auxiliaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.7 Les circuits de sauvegarde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5 Les réacteurs à eau bouillante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.1 Description générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.2 Le cœur et le combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.3 La cuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.4 L’enceinte de conﬁnement des réacteurs à eau bouillante . . . . 35 5.5 Les circuits de sauvegarde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6 Les réacteurs à gaz à haute température . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.1 Description générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.2 Le cycle thermodynamique d’un réacteur HTR . . . . . . . . . 39 6.3 Le cœur et le combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.4 Le circuit de refroidissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 7 Les réacteurs de propulsion navale . . . . uploads/Ingenierie_Lourd/ jean-marc-delaye-michel-giot-laurent-mahias-patrick-raymond-claude-renault-thermohydraulique-des-reacteurs-2008-edp-sciences.pdf