title: Réacteur à eau bouillante

text: Les pastilles de combustible sont disposées dans un tube d'environ de long, contenant un empilement d'environ 360 pastilles, formant ce que l’on appelle un crayon. La gaine entourant les pastilles et constituant l’enveloppe du crayon est en alliage de zirconium. L’intérêt de ce matériau est de résister à des hautes températures et à un environnement très corrosif et de ne pas absorber les neutrons.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Le Zircaloy-2 (Zy-2) a principalement été utilisé pour les réacteurs à eau bouillante. Il est composé de 97,5 % en masse de zirconium additionné d'étain (1,2 à 1,7 %), de fer (0,7 à 0,2 %), de chrome (0,05 à 0,15 %), de nickel (0,03 à 0,08 %), d’oxygène (0,09 à 0,16 %) et de silice (0,005 à 0,012 ). Il contient également des impuretés en très faibles quantités, comme de l’aluminium, du bore, du cadmium, du carbone, du cobalt ou du hafnium. Les dépôts de hafnium (< 0,01 %) doivent dans la mesure du possible être enlevés en raison de leur fort taux d’absorption des neutrons. La composition exacte dépend en fait des fabricants.


title: Réacteur à eau bouillante

text: L’alliage est livré par les producteurs sous forme d’éponge de zirconium. Celle-ci est transformée par chauffage dans un four à arc électrique en lingots qui par forgeage, traitement thermique et trempe sont ensuite façonnés sous forme de billettes cylindriques de de diamètre. Pour être transformée en tube, la barre subit un filage à chaud, un laminage à froid et un traitement de recuit. Le tube de gaine est obtenu ensuite par un laminage de précision pour atteindre les dimensions requises : de diamètre extérieur et d’épaisseur. La Compagnie européenne du zirconium (Cezus), filiale d'AREVA, est leader mondial sur le marché de la fabrication de gainages en alliage de zirconium des tubes des assemblages combustibles.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Le premier REB à utiliser du zyrcaloy-2 fut le BWR-1 de Dresde en 1960. Des problèmes de corrosion de la gaine apparurent dès le début d’exploitation. En 1988 et plusieurs années plus tard, plusieurs REB connurent des incidents de rupture des gaines de zirconium qui se dégradèrent occasionnant d’importants rejets de produits de fission et le lessivage du combustible. Ces fissures de la gaine de zirconium provenaient principalement de la faible résistance à la corrosion de ces matériaux dans un environnement d’ébullition nucléée et d'hydrogène. En plus de la corrosion côté eau, il y a eu des corrosions internes par les produits de fission, des interactions pastilles-gaine et des fragilisations de la gaine par absorption d'hydrogène (hydruration). Pour améliorer la résistance à la corrosion de la gaine, Siemens (aujourd'hui Areva NP) a développé un revêtement en alliage de Zr-Fe comportant 0,4 % de fer. GE et Westinghouse Electric Sweden ajoutèrent également du fer dans leur alliage, mais dans des proportions moindres mais d’autres mesures ont permis également d’améliorer la résistance de la gaine comme la diminution de l'humidité résiduelle dans la pastille d’oxyde d’uranium, la pressurisation sous atmosphère d'hélium du crayon ou la réalisation d’une gaine en double couche, procédé de General Electric, la couche extérieure (90 % de l’épaisseur) étant du zyrcaloy-2 et la couche intérieure du zirconium pur et mou, permettant d’absorber les aspérités des pastilles. Le Zircaloy-2 est encore utilisé dans les REB.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Les crayons sont regroupés dans des assemblages combustible ou boîtiers à section carrée. Afin d’assurer une circulation axiale de l’eau, des canaux à eau ont été maintenus à l’intérieur des assemblages, ce qui n’est pas le cas pour les REP . Le premier assemblage réalisé comportait des rangées de 6 crayons et était donc composé de 6×6 = 36 crayons. Il n’a toutefois été utilisé que dans le premier modèle de cœur BRW-1 et dans le réacteur de démonstration JPDR-1 (Japan Power Demonstration Reactor) qui a fonctionné de 1960 à 1963 au Japon.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Dès 1970, des assemblages 7×7, soit 49 crayons, ont été utilisés dans les réacteurs BWR-2. C’est ainsi le cas des réacteurs Tsuruga-1 au Japon. Des assemblages 8×8, 9×9, 10×10 et 11×11 ont également été créés. Les réacteurs à eau pressurisée utilisent quant à eux des assemblages comportant un plus grand nombre de crayons : 13×14, 14×14, 15×15, 15×16, 16×16, 17×17 et 18×18.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Quelques assemblages ont eu des usages très spécifiques. Ainsi les réacteurs de Big Rock Point ont eu des assemblages de de long disposés en 7×7, 8×8, 10×10 et 11×11, fabriqués spécialement pour ce réacteur.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Les caractéristiques dimensionnelles des assemblages pour les réacteurs à eau bouillante sont variables selon le fabricant et sa destination. Aux États-Unis, en 1993, les longueurs des assemblages pour réacteurs à eau bouillante variaient de à . Leur largeur variait de 13,8 à , les plus grands étant les plus utilisés. 65 % du parc était constitué d’assemblages de dimensions et 32 % d’assemblages d'assemblages de .


title: Réacteur à eau bouillante

text: Aux États-Unis, en 1993, 131 types différents d’assemblages avaient été fabriqués.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Chaque assemblage est identifié par un numéro de série qui permet de le suivre tout au long de sa vie. Aux États-Unis ce numéro a été standardisé par L’American National Standards Institute (ANSI) en 1978.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Les différences principales entre les cœurs REB et REP sont liées au système de contrôle neutronique du cœur :


title: Réacteur à eau bouillante

text: La cuve des REB est généralement une cuve de grande taille pour la raison principale que les cœurs de REB sont de fort volume et typiquement deux fois plus volumineux que les cœurs des REP


title: Réacteur à eau bouillante

text: Dans bon nombre de REB:


title: Réacteur à eau bouillante

text: Comme n'importe quel type de réacteur thermique (nucléaire ou classique à flamme), le condenseur des turbines à vapeur d'un REB est réfrigéré par une grande quantité d'eau froide pompée dans un fleuve ou la mer.


title: Réacteur à eau bouillante

text: À proximité d'un REB réfrigéré par une rivière ou un fleuve, on trouve aussi généralement une tour de réfrigération pour réfrigérer l'eau utilisée dans le circuit des condenseurs des turbines par évaporation de l'eau de la rivière et échange thermique avec l'air extérieur lorsque le débit du fleuve ou de la rivière n'est pas suffisant pour assurer une réfrigération simple phase.


title: Réacteur à eau bouillante

text: Les circuits de sécurité des installations varient selon le modèle de réacteur ; il n'est pas aisé d'en donner une description universelle pour l'ensemble des réacteurs de la filière à eau bouillante ; on peut dire cependant :Le schéma ci-contre présente à titre d'exemple les circuits de sécurité imaginés pour le projet SWR 1000 / KERENA.  Comme dans le cas de l'ESBWR, le projet SWR 1000 met en œuvre une réserve d'eau importante sans pression placée au-dessus de l'enceinte de confinement et utilisée pour la réfrigération passive du réacteur et de l'enceinte de confinement. Il s'agit là d'une innovation simple et très efficace si elle est correctement mise en œuvre (lors de la catastrophe de Fukushima, les opérateurs du réacteur semblaient ne pas savoir qu'ils devaient ouvrir manuellement les vannes de l'IC ("Isolation Condensor") qui se sont automatiquement fermées lors de la coupure d'électricité induite par le tsunami. Ces vannes ont été ouvertes beaucoup trop tard, puis refermées alors que selon certains experts, il aurait été préférable de les maintenir ouverte, même après la perte de toute l'eau de refroidissement de ces condenseurs).