Regulations dans les centrales nucleaire

[invite422e6047]

Bonjour à tous ! Je suis étudiante en DUT génie biologique, et je dois faire un dossier sur la régulation au sens large. Etant donné qu'on en parle beaucoup en ce moment, j'ai envie de faire mon ouverture sur les régulations dans les centrales nucléaires. Le problème est que j'ai un niveau très lamentable en physique, et je ne sais pas trop quoi dire...
Y'a t'il déjà des vraies boucles de régul dans les centrales ?

Je pensais à la régul de température, mais aussi à la régul de niveau d'eau dans le réacteur ou régul du nombre de neutrons... Mais vous pensez que ça rentre dans le sujet ?

Voilà, si vous avez la gentillesse de m'expliquer un petit peu... j'ai déjà trouvé plein de docs pour comprendre la différence REP et REB (France/Japon)...


Merci !!
-----

[KLOUG]

Bonjour
Sujet très vaste que la régulation dans ce domaine.
Il faut de rapprocher de notre cher électricien EDF si tu veux avoir des éléments techniques.
Sinon il y a également les techniques de l'ingénieur qui te permettront d'avoir beaucoup de renseignements techniques.
Sur le site que je co anime (voir sur mon profil) c'est plutôt une partie radioprotection que sûreté des réacteurs.
Regarde quand même le lien :
http://www.techniques-ingenieur.fr/s..._form_submit=+
Sinon il faudra que je trouves un contact qui puisse te donner des éléments.
Il faut dire qu'en ce moment avec ce qui se passe au Japon nous sommes tous très pris.
J'écris entre deux portes pour ainsi dire.
A bientôt
KLOUG

[invite422e6047]

Bonjour KLOUG
Merci pour ta réponse en tout cas, je vais regarder ton site de suite, mais j'ai peur que ce soit un peu compliqué pour moi...

J'ai préparé mon plan :

Les régulations dans les centrales nucléaires

I. Les installations en France

1. Le combustible : l’uranium

2. Le fluide caloporteur



II. Principe de fonctionnement

1. Régulation de temperature

a) Circuit primaire
b) Circuit secondaire
c) Circuit de refroidissement

2. Régulation du nombre de neutrons

a) Utilisation des barres de contrôle

3. Régulation du niveau d’eau dans le réacteur


III. Les différentes centrales nucléaires

1. Liste
2. Differences France/Japon = REP/REB


Sachant que la partie que je souhaite bien expliquer est bien sur les régulations...


Merci encore, bonne journée

[inviteb36430b8]

Bonjour l0tty

Je ne te parlerai que des réacteurs français (REP) car je ne connais pas les autres.
Il y a a effectivement des boucles de régulation dans les réacteurs de centrale nucléaire. Sur les plus anciens modèles de réacteur, la régulation est semi-manuelle. En effet, tu as tout un tas de capteur partout dans les circuits qui permettent d'avoir différentes info (températures, puissance, pression, débit, concentration d'acide borique etc.). En fonction de ça, l'opérateur agit sur le système.

Dans les EPR (dernière génération de REP d'Areva), les régulations sont entièrement automatisées. En particulier, on contrôle dans le coeur :
- la température du circuit primaire
- la puissance
- la distribution axiale de puissance (très important!)
Ces régulations sont réalisées au moyen de grappes de contrôle neutrophages et de dilution/ajout de bore dans le circuit primaire. La pression est aussi entièrement régulée via le pressuriseur. Je ne peux t'en dire plus par confidentialité des info.

De plus, tu as effectivement le contrôle du niveau d'eau. Sache que dans un réacteur, on essaye de maintenir la masse d'eau constante plutôt que le volume. Cela est réalisé via le circuit auxiliaire RCV.

Tu trouveras plein d'info dans le bouquin : "La chaudière des réacteurs à eau sous pression" collection Génie atomique (en accés partiel sous Google Livres)

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[cumulocirrus]

Bonjour,

Bien sûr qu'il y a de vraies régulations dans les REP (et heureusement!!.
Pour ne citer que les principales régul du process:
régulation des grappes de contrôle de la température, régulation des grappes de compensation de puissance, régulation de la pression primaire, régulation du niveau pressuriseur, régulation de niveau des générateur de vapeur, régulation turbine,...
Bref, il y a des régulations à tous les niveaux du process.

Certaines peuvent être franchement complexes à aborder. Par rapport à ton plan, la notion de régulation de température n'est pas vraiment liée au notion de circuits primaire/secondaire/refroidissement.
Lorsqu'on parle de régulation de température, il s'agit de la régulation de la température du caloporteur/modérateur dans le circuit primaire, qui se fait par l'intermédiaire de grappe de contrôle dédiées.

De même on ne régule pas le "nombre de neutrons". En fait, dans la plupart des REP français, il existe deux types de grappes: des grappes asservie à la régulation de température primaire, ainsi que des grappes asservi à la consigne de puissance demandée.

Egalement, on parle davantage de régulation du niveau du pressuriseur dans un REP, l'eau dans les réacteurs REP étant toujours à l'état liquide.

Contrairement à ce que dit Vulcain14, le principe des chaînes de régulation dans les REP actuels est assez ancien et n'est pas si confidentiel que ça. A titre d'exemple, on trouve de large détail des principales régulations:
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=16027268
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=12635590
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=12596563
On trouve également beaucoup d'information dans les notices des brevets des dits systèmes de régulation.

Si l'anglais ne te rebute pas, tu pourras trouver des détails sur la structure des régulations dans ces documents:
http://www.iaea.org/NuclearPower/Dow...al.2009-10.pdf


Sinon, en français:
Sur les régulations pression et niveau pressuriseur:
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=14793267

Si tu veux davantage d'infos, n'hésite pas.

[cumulocirrus]

Bonjour,

Bien sûr qu'il y a de vraies régulations dans les REP (et heureusement!!.
Pour ne citer que les principales régul du process:
régulation des grappes de contrôle de la température, régulation des grappes de compensation de puissance, régulation de la pression primaire, régulation du niveau pressuriseur, régulation de niveau des générateur de vapeur, régulation turbine,...
Bref, il y a des régulations à tous les niveaux du process.

Certaines peuvent être franchement complexes à aborder. Par rapport à ton plan, la notion de régulation de température n'est pas vraiment liée au notion de circuits primaire/secondaire/refroidissement.
Lorsqu'on parle de régulation de température, il s'agit de la régulation de la température du caloporteur/modérateur dans le circuit primaire, qui se fait par l'intermédiaire de grappe de contrôle dédiées.

De même on ne régule pas le "nombre de neutrons". En fait, dans la plupart des REP français, il existe deux types de grappes: des grappes asservie à la régulation de température primaire, ainsi que des grappes asservi à la consigne de puissance demandée.

Egalement, on parle davantage de régulation du niveau du pressuriseur dans un REP, l'eau dans les réacteurs REP étant toujours à l'état liquide.

Contrairement à ce que dit Vulcain14, le principe des chaînes de régulation dans les REP actuels est assez ancien et n'est pas si confidentiel que ça. A titre d'exemple, on trouve de large détail des principales régulations:
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=16027268
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=12635590
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=12596563
On trouve également beaucoup d'information dans les notices des brevets des dits systèmes de régulation.

Si l'anglais ne te rebute pas, tu pourras trouver des détails sur la structure des régulations dans ces documents:
http://www.iaea.org/NuclearPower/Dow...al.2009-10.pdf


Sinon, en français:
Sur les régulations pression et niveau pressuriseur:
http://inisdb.iaea.org/inis/php/down...=p&rn=14793267

Si tu veux davantage d'infos, n'hésite pas.

[invite422e6047]

Bonjour vous 2 !
Merci encore pour votre aide, même si vous me compliquez plutot la tâche
Donc je pense qu'il faut revoir mon plan...
je n'arrive pas à ouvrir tes documents PDF, Cumulocirrus...
Par rapport à mon niveau, vous pensez qu'il serait mieux d'aborder quelle(s) régulation(s)?
Je pourrais en détailler 1, et parle vite fait des autres... sachant que j'ai un dossier à écrire, et un oral de 8/10 minutes à tenir...

Avec des mots simples, voire des schémas, pouvez vous m'expliquer :
- qu'est ce qu'une grappe neutrophage? c'est ce qu'appelle cumulocirrus "une grappe de controle dédiée"?

Je regarde vos liens, et vous repose des questions si besoin après

Encore merci pour votre aide, j'ai très peu de temps (présentation du dossier lundi matin) et un niveau plutot faible...

[invite422e6047]

j'ai trouvé ces informations sur internet :


Le circuit primaire remplit les fonctions suivantes :

1. Barrière contre les effets de la radioactivité dans le cas de rupture de gaine combustible --> COMMENT?

2. Transfert de chaleur du cœur du réacteur au circuit secondaire pour produire la vapeur servant au fonctionnement de la turbine
(La puissance thermique est transférée du cœur aux générateurs de vapeur par le fluide caloporteur primaire. La chaleur est échangée avec l’eau secondaire dans les générateurs de vapeur où la vapeur est générée puis acheminée vers la turbine par les tuyauteries vapeur. Les pompes primaires assurent un débit de fluide caloporteur primaire suffisant pour refroidir le cœur du réacteur et permettre de limiter la température des crayons combustibles afin de préserver l’intégrité des gaines).

3. Modérateur de neutrons afin de réduire leur vitesse et les thermaliser ?

4. Sert de solvant pour l’acide borique (on utilise de l’eau déminéralisée ?)
(L’acide borique est utilisé lors de la régulation de la réactivité pour compenser les effets des transitions de xénon, de l’usure du combustible et assurer la sous-criticité lors de l’arrêt de la chaudière. Les systèmes participant à la fonction de régulation de la réactivité sont : les grappes de contôle, le circuit de contrôle chimique et volumétrique pour ajuster la concentration en acide borique en fonctionnement normal, l’injection de sécurité et le système de borication de secours).

5. Régulation de la pression primaire, qui doit être supérieure à la pression de saturation correspondant à la température de la branche chaude afin d’empêcher une ébullition qui nuit à l’échange thermique et à la réactivité.
(la régulation de la pression primaire est effectuée par le pressuriseur connecté à une branche chaude du circuit primaire).



Pouvez vous m'éclairer sur ces points? Merci encore !

[invite422e6047]

Au niveau du plan, quelque chose plutot comme ça serait mieux ? à étoffer si besoin au fur et à mesure...

Les régulations dans les centrales nucléaires

I. principe de fonctionnement


a) circuit primaire
b) circuit secondaire
c) circuit de refroidissment


II. Régulations

a) de la pression primaire
b) des grappes de contrôle de la température
c) du niveau pressuriseur

??

Mais j'ai du mal à voir les rapports entre chaque chose...
En fait, grâce à des schémas trouvés sur internet, je vois comment c'est fait, les circuits et leurs rôles...

Mais pour la partie régulations, un exemple :
On dit que le circuit primaire sert à régulée la pression primaire, qui est régulée par le pressuriseur... ??

[cumulocirrus]

En ce qui concerne ton premier message:
1. Vis-à-vis du risque de dispersion de matières radioactives dans l'envirronement, les installations nucléaires sont conçues selon un principe de barrières successives. La première est la gaine du combustible, qui retient les éléments radioactifs (produits de fission). En cas de défaillance de la gaine, ces radioéléments se retrouve alors dans l'eau du circuit primaire. C'est alors l'envellope du circuit primaire qui évite la dissémination de cette radioactivité vers l'extérieur. La troisisème barrière est l'enceinte de confinement.

2. C'est correct.
3. Pour pouvoir avoir une probabilité suffisante de fissioner les atomes d'uranium, les neutrons doivent être "lents", c'est à dire de faible énergie. Le modérateur permet de les ralentir. Thermaliser signifie que l'on souhaite obtenir des neutrons dits "thermiques", ou encore "en équilibre thermique avec le milieu" (I.E qui sont à l'énergie d'activation thermique (kT) du milieu)

4. L'acide borique est utilisé pour compenser les variations lentes de réactivité du coeur. Le bore est neutrophage (i.e absorbe les neutrons) ceux qui "étouffe" la réaction en chaine.
On utilise effectivement de l'eau déminéralisée dans le circuit primaire, à laquelle on ajoute quelques réactifs (hydrogène, lithine,...) pour des histoires de corrosion, et de l'acide borique pour contrôler la réactivité.

5. Si tu arrives aux conditions de saturation en sortie du coeur, tu obtiens ce que l'on appelle l'ébullition en film: il se forme un film de vapeur entre le combustible et le caloporteur, qui est isolant vis-à-vis du transfert thermique.
On cherche davantage à se prémunir de se phénomène que de la perte de réactivité induite par l'ébullition (modération moins bonne des neutrons et donc moindre probabilité de réaliser une fission: effet de vide).

[cumulocirrus]

En ce qui concerne ton sujet, je pense que la régulation la plus simple à présenter est la régulation de pression primaire.

La régulation de niveau pressuriseur n'est pas d'une extrême complexité en elle même, mais elle demande des connaissance de fonctionnement (interaction primaire/secondaire, déséquilibre de volume branche chaude/branche froide, contraintes technologiques...) qui je pense dépasse le cadre de te présentation.

La régulation de température est je pense beaucoup trop compliquée dans un premier temps.

Pour t'expliquer simplement cette régulation: on cherche à maintenir une pression constante dans le circuit primaire (155 bars) afin de garantir l'absence d'ebullition en film, et donc du refroidissement des assemblage combustible.

Pourquoi 155b?
Pour garantir l'état liquide de l'eau, il faut déja se situer à une pression inférieure au point critique de l'eau (218 bar, 374°C). Ton circuit primaire est protéger par des soupapes. Tu prends une marge (je ne sais plus combien exactement, faut regarder une courbe de saturation) entre l'ouverture de la dernière soupape et le point critique. Ca te donne la limite haute que ne doit pas dépasser ta régulation. Tu prends une marge encore pour garantir que tu n'iras pas systématiquement taper les soupapes lors du fonctionnement normal, et tu obtiens alors une pression de consigne raisonnable de 155bars.

Le pressuriseur fonctionne sur la courbe de saturation, avec une phase vapeur et une phase liquide. En conséquence, si tu chauffes la phase liquide, tu augmente la pression, si tu reforidis la phase vapeur, tu fais baisser la pression.

Le pressuriseur est donc muni de chaufferettes électriques dans la phase liquide et d'une aspersion d'eau "froide" dans la phase vapeur.

Le principe de la régulation est ensuite assez simple: une mesure de pression comparée à la consigne. Cet écart entre dans un régulateur PID, puis suivant la valeur de sortie du PID, on actionne plus ou moins l'aspersion et les chaufferettes.

En fonctionnement stable (P=155b), il faut toujorus avoir une circulation d'eau dans le pressuriseur pour eviter une stratification (pour homogénéiser tempéraature, concentration en bore,...). Il y a donc une asperion continue dans le pressuriseur, qui force une faible puissance de chaufferette en régime stable.
Si la puissance baisse , la puissance des chaufferette augmente.
Si la pression augmente, c'est le débit d'asperion qui augmente.

Si la pression baisse trop, il y a mise en marche de chaufferette Tout ou Rien d'une puissance supérieure afin de ramener la valauer de pression à la consigne.

Si tu veux d'autres détails, n'hésite pas.

[invite422e6047]

D'accord, j'ai compris !

Au niveau de la régulation de la température, comment cela se fait par l'intermédiaire de grappe de contrôle??

Par contre, pour la régulation de pression circuit primaire, je pense bien avoir compris : c'est le pressuriseur que régule la pression. Il contient de l'eau liquide et de la vapeur.
Donc quand la pression est trop faible ou trop élevée, il envoie un signal aux actionneurs (on est en plein ds les boucles de régul en cours, ce serait bien que j'en dessine une peut etre...) :
- pour augmenter la pression :
aux chaufferettes qui chauffent le liquide
- pour diminuer la pression :
au circuit de décharge qui évacue rapidement la vapeur, et au circuit d'aspersion qui condense la vapeur


Tu me confirme ?

[inviteb36430b8]

Pour diminuer la pression, il n'y a pas de décharge de la vapeur, sauf en cas d'urgence lorsque la pression augmente très fortement (soupape de sureté). Mais de façon traditionnelle, on diminue la pression simplement par l'intermédiaire de l'aspersion principale qui agit comme une "douche froide". En effet, en injectant de l'eau froide par le haut du pressuriseur, la température de l'eau liquide en haut du pressuriseur diminue, ce qui a pour effet de condenser une partie de la vapeur et donc de diminuer la pression !
Attention, quand je parle d'eau froide, il s'agit tout de même d'eau à 280 °C environ. On utilise le terme de "froid" car l'aspersion prélève directement de l'eau sur la branche froide du circuit primaire.

Enfin, à l'inverse, pour augmenter la pression, on utilise les chaufferettes qui vont faire bouillir localement l'eau du pressuriseur, augmenter la quantité de vapeur et donc augmenter la pression (c'est le même principe qu'une cocotte minute)

Mais sinon tu as compris le principe

Au niveau des boucles de régulation en elles-même, jusqu'où dois-tu aller dans le détail ?
A+

[invite422e6047]

Génial les gars !! Merci énormément ! Par contre, je ne pense pas tenir 10 minutes sur la régulation de pression... Je pourrais au moins cité toutes les autres régulations qu'il existe dans une centrale ?

Pour la boucle de régulation, je pourrais représenter simplement consigne -> régul PID -> actionneur -> partie opératrice ->grandeur réglée avec le capteur qui relie de la partie opératrice à la régul PID


Comment je peux vous envoyer une image sur ce forum ?

[inviteb36430b8]

Regarde ce lien (c'est le livre dont je t'avais parlé) :
http://books.google.fr/books?id=51QN...page&q&f=false

Il y a des pages volontairement enlevées car le livre est payant mais ça te donnera déjà un bon aperçu. Pour les régulations, tu as dans le sommaire les principales régul dans un REP.

[invite422e6047]

Oui merci j'ai déjà vu ce livre mais les pages qui m'intéressent sont interdites, donc le titre ne m'avance pas bcp...
J'ai trouvé un autre document sur techniques-ingénieur.fr :

- Pour la régul de température primaire moyenne :

La température moyenne primaire est régulée par les grappes de contrôle.
Le système de commande des grappes est conçu pour maintenir la température moyenne très proche d'une température programmée en fonction de la charge.
Le système de régulation est constitué de deux parties intervenant en coopération pour commander les déplacements des grappes (selon un certain programme de vitesse).
Chaque grappe est positionnée sur le couvercle de la cuve du réacteur. Ce mécanisme comporte deux grappins électromagnétiques dont les cliquets sont en contact avec une longue tige cannelée accouplée à la partie supérieure de la grappe. Les commandes séquentielles des grappins permettent, suivant leur ordre, le déplacement d'un pas vers le haut ou vers le bas. L'exécution d'un pas a une durée constante d'environ 0,8 s. La « vitesse » de déplacement d'une grappe est donc en réalité la cadence de commande des pas (variable de 8 à 72 pas/min).

--> mais là ils ne parlent ni de modérateur, ni de caloporteur ?

- niveau d'eau dans les GV :

La régulation du niveau d'eau de chaque générateur de vapeur s'effectue par modulation du débit d'eau alimentaire en agissant sur deux vannes disposées en parallèle : une vanne principale et une vanne petite débit (pour le fonctionnement à basse charge). Le recours à deux vannes, au lieu d'une vanne unique, permet de faciliter le réglage dans une large plage de débit.
L'eau alimentaire est délivrée dans les GV par deux turbopompes fonctionnant en parallèle et munies d'une régulation de vitesse.
Le régulateur de niveau est de type classique PID. Ses réglages sont ajustés automatiquement selon la température de l'eau alimentaire (qui varie en fonction du niveau de puissance). Cela adapte le régulateur aux caractéristiques du processus, qui sont variables avec la charge et la température de l'eau alimentaire. La mesure du débit de vapeur est ajoutée à la sortie du régulateur pour constituer la consigne de débit d'eau alimentaire. Cela permet d'anticiper sur la réponse du régulateur de niveau lors des transitoires de débit vapeur. Enfin, la régulation comporte un asservissement de débit d'eau.
À basse charge, les mesures de débit d'eau et de vapeur ne sont pas représentatives (signaux très faibles). La régulation de niveau est adaptée automatiquement : la mesure du débit de vapeur est remplacée par un signal représentatif de la charge et l'asservissement de débit d'eau est mis hors service. Les deux vannes d'eau alimentaire sont commandées en série par le signal de sortie de la chaîne de régulation.

--> en plus simple, 2 vannes fonctionnent en parallèle, pour se fermer et donc éliminer de la vapeur (et donc augmentation du niveau d'eau) ??

[invite422e6047]

Oral demain matin... je vous dirais comment ça s'est passé !

[obi76]

Comment je peux vous envoyer une image sur ce forum ?

Salut,

lorsque tu écris un message, clique sur "gérer les pièces jointes" et laisse toi guider.

Et bon courage pour demain

[invite422e6047]

Pour simplifier, la boucle de régulation de pression primaire est représentée comme ça ?

[invitedbfa5440]

Merde pour ton oral de demain l0tty !

En effet ce sujet n'est pas un des plus évident mais j'ai lu rapidement, ça à l'air tout de même intéressant.

C'est dans quel cadre que tu fais ce dossier ? projet tuteuré, simple exposé ?

[invite422e6047]

En fait, je suis en DUT genie bio IAB (agroalimentaire) donc on touche à la physique industrielle.
On a des séries de TP, et à la fin on en tire un au sort, on doit rediger un compte rendu et faire un exposé avec une ouverture industrielle...

[invitedbfa5440]

Ah d'accord car moi même je suis en DUT mais pas dans la même section X).

Bref, ce n'est pas le tout mais je ne te fais pas avancer ton problème pour le coup, je vais laisser la parole aux experts .

Sur ce bonne continuation, et laisse nous un message quand ça sera passer pour nous tenir au courant.

Bonne journée.

[invite422e6047]

Ah oké ! Bah merci... j'espère que ça ira !

Sinon comment je pourrais finir? dire une petite phrase du genre "il y a encore plein d'autres régulations, mais parfois qui ne peuvent suffir, d'où la catastrophe duJapon..."??

[cumulocirrus]

Le problème au Japon n'est pas dû à une insuffisance des régulations...loin de là.

Si tu veux faire un lien entre automatismes de régulation et sûreté nucléaire, il te faut comprendre comment s'articule la sûreté nucléaire.

En fait, la sûreté nucléaire repose sur le concept de défense en profondeur.
Ce concept est vaste, mais appliqué à la conception des centrales, on distingue différents mode de fonctionnement, imbriqués les uns dans les autres: le fonctionnement normal, le fonctionnement incidentel, accidentel, accidents graves.
Entre chacun de ces domaines se trouvent des lignes de défense. Elles ont pour but de ramener l'installation dans le domaine de fonctionnement normal.

Les régulations se trouve dans le premier cercle de la défense en profondeur, i.e les régulations sont une ligne de défense pour le fonctionnement normal des installations. En effet, en fonctionnement normal, ce sont les régulations qui permettent de maintenir les différents paramètres dans leur plage de fonctionnement normal.

A titre d'exemple, les protections (arrêt automatique du réacteur, ouverture d'une soupape de sûreté,...) sont des lignes de défense du domaine incidentel.

L'accident de Fukushima n'a rien à voir avec une quelconque insuffisance d'un système de régulation.

[invite422e6047]

Hey ! Au final mon oral s'est bien passé, bonne ouverture d'actualité

J'ai eu 14 !
Donc merci a tous

[invitedbfa5440]

Ah ben ça va c'est cool, merci de nous avoir tenu au courant !

Bonne continuation !