La centrale nucléaire de Doel a 4 tranches de production. Chaque tranche se compose de son réacteur et de toutes les installations nécessaires à un fonctionnement indépendant. Les deux premières tranches sont identiques, Doel III et Doel IV ont été ajoutées plus tard.

Il s'agit d'une centrale de type PWR (pressurised water reactor) où l'eau du circuit primaire est maintenue liquide (REP: réacteur à eau pressurisée). Nous avons trois circuits de circulation d'eau;

• Le circuit primaire transporte la chaleur du réacteur vers le premier échangeur de chaleur. Malgré la température très élevée, l'eau ne peut pas bouillir. Ce circuit doit être maintenu à une pression élevée (150 bar ou plus). La circulation de l'eau est assurée par deux pompes électriques qui ont un débit de 7 metres cubes par seconde.

• L'électricité est produite dans le circuit secondaire. L'eau du circuit primaire fait bouillir l'eau du circuit secondaire. C'est possible, car la pression du circuit secondaire est moindre (60 bars). Ici aussi il faut des pompes puissantes pour faire circuler l'eau.

• Le circuit tertiaire assure le refroidissement de la vapeur à la sortie de la turbine. L'eau du circuit secondaire se condense et peut à nouveau être utilisée. L'eau du circuit tertiaire est puisée dans l'Escaut, l'eau absorbe la chaleur du circuit secondaire et est envoyée dans une des tours de refroisissement. L'eau est injectée à une hauteur de 1/3 de la tour. Le but est que la température de l'eau soit suffisamment basse pour être rejetée dans l'Escaut.

Pour avoir le rendement le plus élevé possible, il faut que l'eau du circuit primaire ait la température la plus élevée possible, mais on est limité à cause de la pression qui augmente avec la température. Le rendement d'une centrale nucléaire de ce type est limité à 30%. Une centrale thermique classique atteint un rendement de 40%.

La centrale de Doel a été construite à la fin des années 1970. La photo montre un des générateurs de vapeur qui est placé dans l'enceinte du réacteur. C'était l'époque bénie où les ACEC et Cockerill signifiaient encore quelque chose.

Nous avons ensuite une découpe du réacteur. La circulation d'eau qui passe entre les barres radio-actives transporte la chaleur vers l'échangeur de chaleur (générateur de vapeur).

Les barres de régulation stabilisent le fonctionnement du réacteur. Les barres absorbent les neutrons qui sont responsables des réactions en chaine. En cas de problème, on laisse descendre toutes les barres dans le réacteur. Toutes les réactions en chaine sont stoppées et il n'y a plus que la radioactivité naturelle qui est présente. Après l'arrêt, la centrale produit encore 10% de sa chaleur nominale à cause des radioisotopes produits dans le réacteur. La décroissance suit une échelle logaritmique: d'abord très rapide, puis de plus en plus lentement. Au bout de quelques minutes, la radioactivité naturelle passe en dessous de 7% de la puissance nominale du réacteur.

Si les barres de stabilisation ne peuvent pénétrer complètement dans le réacteur, un système injecte automatiquement de l'acide borique dans l'eau du circuit primaire. Le bore absorbe tous les neutrons et empèche les réactions en chaine. Il s'agit d'une procédure de détresse, car le réacteur ne peut plus être redémarré. Il faut d'abord purger tout le circuit primaire.

Deux pompes assurent la circulation d'eau du circuit primaire. Chaque pompe a une puissance de 3.7MW et suffit à elle seule à assurer le refroidissement du réacteur. Les pompes sont alimentées par un réseau à 6.3kV indépendant. Des groupes électrogènes de secours prennent la relève en cas de panne de secteur généralisée (destruction de tous les transformateurs causé par le crash d'un avion).

En cas de calamité majeure où même les générateurs de secours ne peuvent plus démarrer, les pompes du circuit primaire peuvent fonctionner grâce à la vapeur du circuit secondaire.

Les photos proviennent d'un dépliant de la centrale nucléaire de Doel (1985).

Un élément important du circuit primaire, c'est le régulateur de pression. L'eau n'est pas compressible et pour limiter les variations de pression il faut prévoir un vase d'expansion, comme avec une installation de chauffage central normale.

Le régulateur de pression a un chauffage intégré pour que ce soit le point le plus chaud de l'installation. C'est le seul endroit du circuit primaire où l'eau peut passer à l'état de vapeur. De la vapeur surchauffée se forme en haut du régulateur. Cette vapeur amortit les variations de pression dans le circuit. La pression du circuit primaire peut être adaptée en modifiant la température de l'eau du régulateur.

Le générateur de vapeur est un réservoir d'environ 20 metres de haut. L'eau du circuit primaire a une température de 320° et fait bouillir l'eau du circuit secondaire. Comme la pression y est plus basse, l'eau peut passer à l'état de vapeur. L'eau du circuit primaire agit comme bruleur dans une centrale thermique classique.

Un réacteur peut avoir un ou plusieurs générateurs de vapeur. Chaque générateur a son circuit secondaire propre avec turbine, échangeur de chaleur et pompes.

Ci-dessus l'alternateur avec au premier plan l'alternateur d'excitation et l'unité de commande (qui permet de connecter le générateur au réseau). L'alternateur est la partie longue, avec au bout une partie de la turbine.

L'alternateur est étanche et est refroidi à l'hydrogène. L'hydrogène est le gaz le plus léger. Il est très peu "visqueux" et ne freine pas l'alternateur. Tous les gros alternateurs sont refroidis à l'hydrogène.

La turbine se trouve sur le circuit secondaire, elle est mise en rotation par la vapeur du générateur. L'eau se condense à nouveau dans l'échangeur de chaleur et peut à nouveau être utilisée. Le circuit secondaire est également un circuit fermé.

L'alternateur fournit une tension de 18kV pour Doel I et Doel II, et de 24kV pour Doel III et Doel IV. La tension est augmentée à 150kV ou 380kV pour alimenter le réseau haute tension.

Le réseau local de la centrale est à 6.3kV et est alimenté par le réseau moyenne tension, éventuellement par le réseau haute tension ou par des groupes électrogènes.

Le circuit tertiaire est un circuit ouvert. L'eau est prélevée de l'Escaut et filtrée pour être utilisée dans l'échangeur de chaleur. L'eau chaude est refroidie dans une tour de refroidissement. L'eau coule sur une série de grilles qui ont une grande surface de contact avec l'air. Une partie de l'eau chaude se transforme en vapeur tandis que le restant de l'eau est récolté en bas de la tour. L'eau est ensuite à nouveau déversée dans l'Escaut.

Il n'y a pas de ventilateurs dans la tour de refroidissement. C'est la circulation naturellen de l'air qui forme un courant d'air.

Doel I et Doel II fournissent chaque une puissance de 445MW. Doel III et Doel IV fournissent une puissance de 1GW. Il y a une seconde centrale nucléaire en Belgique, située à Tihange sur la Meuse. Cette centrale a 3 tranches qui produisent chaque 1GW.

En comparaison: une éolienne en mer produit environ 5MW quand le vent est suffisant. Pour obtenir le même puissance que les centrales nucléaires belges, il faudrait mettre pus de mille éoliennes en mer (nous en sommes à 1.775MW en 2020). Une éolienne à terre produit dans le meilleur des cas une puissance de 2MW.