| Principes |
- La première chose qu'il faut comprendre à propos d'un réacteur nucléaire
de sous-marin est que son seul but consiste à produire de la chaleur
à partir de la fission
d'atomes d'uranium de façon à obtenir de la vapeur saturée. Tout le
reste de la propulsion ressemble à n'importe quelle installation de
turbines à vapeur. Il à l'avantage sur les chaufferies à mazout de
disposer d'une grande quantité d'énergie concentrée dans le cœur,
de se passer complètement d'air de combustion, et de part l'importance
de sa puissance calorifique, d'être logé dans une plus petite place.
- Les turbines de propulsion entraînent un grand ensemble d'engrenages
appelé réducteur qui entraîne à son tour la ligne d'arbre et
donc l'hélice. D'autres turbines plus petites produisent la
puissance électrique pour les systèmes auxiliaires.
- Un réacteur
à eau pressurisée , ou réacteur de type PWR (Pressurized Water
Reactor) fonctionne avec de l'eau à une pression d'environ 150 atm
qui la fait rester liquide bien qu'elle soit chauffée à plus de 300°C.
L'eau circulant autour du cœur du réacteur est transferée par
le circuit primaire dans un générateur de vapeur où des échangeurs
thermiques chauffent le circuit secondaire contenant de l'eau à plus
faible pression qui est vaporisée. La vapeur générée
alimente plusieurs turbines puis passe dans un condenseur ou elle
redevient liquide pour retourner dans le générateur de vapeur. Ce
circuit secondaire est isolé de l'eau du cœur du réacteur et n'est
donc pas radioactif. Un troisième circuit provenant de l'exterieur
de la coque est utilisé pour fournir une eau à basse température
dans le condenseur.
- La circulation de l'eau est assurée par des pompes électro-mécaniques.
ces pompes constituent la principale source de bruit d'un sous-marin.
Pour remédier à ce défaut, des réacteurs dits
à circulation naturelle furent étudiés. Ils
utilisaient la propriété thermodynamique de convection
qui fait monter l'eau chaude et descendre l'eau froide, créant
ainsi une circulation naturelle. Mais à l'époque, devant le manque de
performance de ces réacteurs, seuls les Etats Unis avec l'USS
Narwhal (SSN-671) eurent un sous-marin en service
avec ce type de réacteur.
- Cependant, la circulation naturelle, combinée à un fonctionnement réduit
des pompes (augmentant ainsi la discretion acoustique), permet au réacteur de
délivrer assez de puissance aux turbines de propulsion et ainsi maintenir
une vitesse suffisante pour la navigation.
- De plus, la circulation naturelle seule permet, en cas de panne des pompes,
de maintenir le réacteur actif (plusieurs heures sont necessaire pour un redemarrage).
- Un réacteur
au métal liquide peut fonctionner avec du sodium, voire
du bismuth. L'utilisation de métal liquide permet un meilleur
transfert de chaleur et donc de plus grandes performances. L'inconvénient
est que le métal doit rester liquide tout le temps sous peine
d'endommager les tuyauteries et que la plus haute température
de la vapeur corrode plus rapidement l'installation. Les Etats Unis
avec l'USS Seawolf (SSN-575) experimentèrent
un réacteur au sodium qui fut remplacé deux ans plus
tard devant les problèmes rencontrés. Seule l'URSS mis
en service des sous-marins propulsés par ce type de réacteur,
les classes Alfa (tous retirés) et Mike (naufragé
en 1989 mais pas à cause du réacteur).
- La circulation de l'eau est assurée par des pompes électro-mécaniques.
La circulation du métal liquide est assurée par des
pompes électro-magnétiques. Ne comportant aucun
organe mécanique, ce type de pompe ne fait pas de bruit mais
nécessite une maintenance particulière.
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| Construction |
- Un coeur de réacteur de sous-marin est constitué de
plaques d'uranium montées en parallèle située au fond de la cuve.
Le combustible utilisé est de l'uranium 235 hautement enrichi, probablement
à 90 % ou plus. A titre indicatif , l'enrichissement du combustible
utilisé dans un réacteur commercial est de 2 % à 5 % et celui
des armes nucléaires de 98 %. Les barres de contrôle sont aussi en
forme de plaque et constituées d'un absorbeur de neutrons. Elles sont
insérées entre chaque plaques d'uranium et agissent sur le taux de
fission. Normalement, leur mouvement est assuré par des moteurs
éléctriques mais elles sont maintenues par des éléctro-aimants
de facon à être abaissées automatiquement en cas de
problème de fonctionnement du réacteur, étouffant ainsi la réaction
nucléaire.
- Le coeur et le générateur de vapeur sont montés
dans un compartiment isolé du reste du sous-marin par une cloison
de protection antiradiation. A chaque système est associé
un système de secours plus une sécurité manuelle.
Les normes de construction des marines occidentales ont des coefficients
de sécurité pouvant aller jusqu'à 600 %. La sécurité,
c'est aussi un bon agencement des équipements (Sur la classe
Los Angeles, la soute à gas-oil du moteur diésel auxiliaire
est placée entre le compartiment réacteur et la zone
vie, augmentant la protection de l'équipage) et des mesures
draconiennes (Dans l'US Navy, un membre d'équipage est en permanence
devant le tableau de contrôle, même quand un sous-marin
est à quai et réacteur éteint).
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| Utilisation |
- Pour faire démarrer le réacteur, les membres de l'équipe propulsion
font lever les barres de contrôle à une hauteur donnée. Cette opération
permet au coeur de dégager de la chaleur qui se mettra à produire de
la vapeur dans le générateur de vapeur. Les turbines sont prêtes à tourner,
ainsi que le réducteur. Une idée répandue veut que la vitesse du sous-marin
soit augmentée en levant seulement les barres de contrôle. En fait, les barres sont simplement
levées à une hauteur fixe et maintenues à cette hauteur. Le principal
objectif de l'équipe propulsion est d'amener le réacteur en équilibre,
de manière à rendre constante la quantité de chaleur délivrée au circuit
primaire. On peut alors régler la vitesse en tirant simplement plus
de vapeur du générateur, augmentant ainsi le flux de vapeur injectée
dans les turbines. Cela augmente par conséquent la réfrigération du
circuit primaire, et donc le rendement de la réaction nucléaire, et
donc la quantité de vapeur, et donc la vitesse du sous marin.
- A quai, l'énergie nécessaire au démarrage du
réacteur vient de l'exterieur. En mer, l'énergie est
fournie par des moto-alternateurs alimentés par la batterie.
Si celle-ci est vide, le courant est alors fourni par l'intermédiaire
du moteur diésel auxiliaire (eh oui, même avec réacteur
nucléaire) situé dans le compartiment des auxiliaires.
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