vignette|Carte des réacteurs nucléaires en France, ceux du palier P4 et P'4 apparaissent en violet. Le réacteur de type P4 et P'4 est un réacteur nucléaire à eau légère de génération développé par Framatome et EDF. Il fait partie de la filière des réacteurs à eau pressurisée (REP). Sa puissance thermique est de pour une puissance électrique nette de . Ainsi, ils sont souvent dénommés « REP ».
Depuis , vingt réacteurs de palier P4 et P'4 sont en exploitation en France, pour une puissance cumulée d'environ , soit 41% de la puissance totale du parc nucléaire français.
Historique vignette|Calendrier de construction des réacteurs de génération II en France. Ceux du palier P4 et P'4 apparaissent en bleu foncé.
Le bon comportement des premiers réacteurs de en service en France (appelés paliers CP0 et CPY), l'accroissement de la consommation électrique et la poursuite du programme électronucléaire français poussent EDF et Framatome à développer un nouveau "palier" de réacteurs plus puissants.
En réalité et avant même la fin de construction des deux réacteurs français de la centrale de Fessenheim, la Direction de l’Équipement d'EDF étudie depuis 1972 un nouveau palier de réacteur plus puissant de . Le choix se porte finalement à l'été 1973 sur une puissance de . L'augmentation de puissance unitaire permet notamment une économie d'échelle. Ce nouveau palier est nommé P4 pour "Pressurisé 4 boucles primaires". Les études aboutissent en 1976 et les quatre premiers réacteurs P4 « tête de série » sont commandés en 1977 à la centrale de Paluel. La chaudière nucléaire a pour référence américaine la centrale nucléaire de South Texas, mais le retard de construction de ces deux réacteurs (terminés respectivement en et ) aura pour conséquence que leur raccordement au réseau interviendra après celui de français de .
Comme pour les 58 autres réacteurs nucléaires français de deuxième génération, la chaudière nucléaire est fournie par Framatome, et la salle des machines comprenant le groupe turbo-alternateur par Alsthom (depuis renommé Alstom).
Une étude comparative entre les coûts des réacteurs Fessenheim-1 et 2, et ceux de Paluel-1 est réalisée fin 1977, soit quelques mois après l'ordre d'exécution de la chaudière et du groupe turboalternateur de Paluel-1. Cette étude révèle que le coût du kWh produit par Paluel-1 serait supérieur de 50% à celui des réacteurs Fessenheim-1 et 2. Cette évolution serait principalement due : à 44% par la hausse des exigences de sûreté, à 21% par l'augmentation générale des prix, à 18% par un effet de site moins favorable à Paluel, et à 14% par l'augmentation des exigences de qualité de réalisation. La définition d'une variante du palier P4, nommée P'4, naît en avec pour objectif une diminution des coûts d'environ 10%, principalement permise par la réduction de la taille des bâtiments.
sont commandées, et leur mise en service s'échelonne de 1985 à 1994, répartie en deux variantes :
constituant le palier P4 : 2 à Flamanville, 4 à Paluel et 2 à Saint-Alban, mis en service entre 1985 et 1987. constituant le palier P’4 : 2 à Belleville-sur-Loire, 4 à Cattenom, 2 à Golfech, 2 à Nogent-sur-Seine et 2 à Penly, mis en service entre 1987 et 1994. Bien qu'appartenant au palier P4, les quatre réacteurs des centrales nucléaires de Saint-Alban et de Flamanville sont de conception hybride avec un îlot nucléaire similaire au palier P4, mais une salle des machines (comprenant le groupe turbo-alternateur) similaire au palier P'4. Ces deux centrales sont parfois appelées « palier H4 » pour Hybride 4 boucles. Cette conception mixte s'explique par un état d'avancement déjà trop important de l'îlot nucléaire (selon les plans du palier P4), lors de la décision de conversion du chantier vers des réacteurs de palier P'4. La salle des machines pourra elle être construite selon les plans du palier P'4.
Jusqu'à quatre réacteurs étaient prévus sur le site de chaque centrale. Mais le ralentissement du programme nucléaire français après le contre-choc pétrolier du début des années , la moins forte croissance de la consommation d'électricité et la perspective d'un surdimensionnement du parc nucléaire ont conduit à la réalisation de quatre réacteurs uniquement dans les centrales de Paluel et de Cattenom. Des travaux de terrassements pour une paire de réacteurs supplémentaires sont néanmoins réalisés dans les centrales de Flamanville, Penly et Golfech. Ces derniers auront permis une facilitation des travaux préparatoires pour l'EPR de Flamanville, et pour la paire d'EPR2 de Penly.
Un troisième et dernier palier de réacteur nucléaire français de deuxième génération plus puissant succèdera au palier P4/P'4 : le palier N4.
Amélioration comparativement aux réacteurs français de (palier CP0 et CPY) Il s'agit essentiellement d'amélioration de puissance avec la réalisation d'une cuve plus grande emportant un plus grand nombre d'assemblages combustibles (193 contre 157 pour les réacteurs de ). Du fait de l’augmentation de puissance, le nombre de boucles du circuit primaire et donc de générateurs de vapeur est porté de trois à quatre, afin de disposer d’une capacité de refroidissement et d'extraction de chaleur plus élevée. Ce changement majeur donne son nom à ce palier : pressurisé 4 boucles (primaires) ou P4. Enfin, les mécanismes de contrôle-commande électromécanique des réacteurs de sont remplacés dans le palier P4/P'4 par un contrôle-commande à logique numérique appelé « Controbloc ».
Le deuxième champ d'amélioration concerne la sûreté des réacteurs. Le cœur du réacteur est désormais dans une enceinte de confinement à double paroi : une interne en béton précontraint de d'épaisseur et une externe en béton armé de . Les éventuelles fuites de l'enceinte interne sont récupérées, puis filtrées dans l'espace inter-enceinte. Comme pour les derniers réacteurs de construits (Saint-Laurent, Chinon et Cruas qui constituent le palier CP2), la disposition du groupe turbo-alternateur est radiale par rapport au bâtiment réacteur, évitant la projection de débris sur le bâtiment réacteur en cas d'éclatement accidentel de la turbine.
Différence entre les réacteurs P4 et P'4 gauche|vignette|Plan de masse des réacteurs nucléaires au CNPE de Cattenom. En rouge, l'axe des groupes turboalternateurs, différent entre les deux paires vignette|Plan de masse des réacteurs nucléaires au CNPE de Paluel. En rouge, l'axe des groupes turboalternateurs, parallèle entre les deux paires. Les différences entre les deux paliers P4 et P'4 sont faibles. Elles concernent essentiellement la taille et la disposition des bâtiments, le bâtiment du combustible nucléaire et la conception de certains circuits :
taille des bâtiments : par rapport au palier P4, l'enceinte de confinement du palier P'4 voit son diamètre passer de 45 à et sa hauteur de 59 à ; la salle des machines est raccourcie d'une dizaine de mètres; le Bâtiment des Axillaires Nucléaires (BAN) est également plus petit; disposition des bâtiments : le bâtiment réacteur et le groupe turbo-alternateur ont également des configurations légèrement différentes l'un par rapport à l'autre, afin de limiter au mieux le risque de projection d'éléments de la turbine sur des zones sensibles en cas d'éclatement de cette dernière. Toujours dans cet objectif, et contrairement à Paluel (palier P4, image de droite) où les quatre réacteurs sont tous parallèles, une disposition en éventail est choisie pour les deux paires de réacteurs de Cattenom (palier P'4, image de gauche); conception de certains circuits : le tracé de certains circuits est modifié, ainsi que le piquage (c'est-à-dire la zone de raccordement) du circuit d'injection de sécurité, dit circuit RIS, sur le circuit primaire.
Caractéristiques techniques
+Caractéristiques techniques des réacteurs du palier P4/P'4 13SectionIndicateurRéacteur P4Réacteur P'4PuissancePuissance électrique nette MWPuissance électrique brute MWPuissance thermique nominale MWthRendement34,1 à 35 %Enceinte de confinementTypedouble enceinteEnceinte interneBéton précontraintPeau d'étanchéitésansDiamètre intérieurÉpaisseur de paroi interne1,2 mètreÉpaisseur du dôme interneVolume intérieur total mEnceinte externeBéton arméÉpaisseur de paroi externeÉpaisseur du dôme externeHauteur totaleCircuit primairePression de fonctionnement15,5 MPaTempérature de l'eau à l'entrée de la cuve292,8 °CTempérature de l'eau à la sortie de la cuve328,7 °CNombre de boucles4Volume du circuit primaire (avec pressuriseur)399 mCuveDiamètre intérieur mmHauteur totale13,6 mètresÉpaisseur de la paroi à hauteur du cœur220 mmMatériau acier16MND5Masse totale à vide435 tonnesGénérateur de vapeurNombre4Pression vapeur en sortie de GV à pleine charge64,8 bars (abs)Température en sortie de GV281 °CDébit de vapeur par GV t/hSurface d'échange mHauteur totale22,3 mètresMasse totale (sans eau)438 tonnesCœurCombustiblePastilles cylindriques d'UO2Diamètre des pastilles8,2 mmDiamètre externe des crayons9,5 mmHauteur active des crayons mmMatériaux de gainage des crayonsZircaloyNombre de crayons par assemblage264Nombre d'assemblages de combustible dans le cœur193Puissance linéique moyenne à puissance nominale170,5 W/cmContrôle de la réactivitéNombre de grappes de contrôle65Matériau absorbantgrappes hybrides Ag.In.Cd et B4CPompe primaireDébit nominal par pompe m/hPuissance à l'accouplement à chaud kWHauteur manométrique totale96,6 mètresGroupe turboalternateurModèle de turbineArabelleNombre de corps haute pression1Nombre de corps basse pression3Vitesse de rotation du groupe turboalternateur tr/min
Centrales nucléaires françaises pourvues de réacteurs P4 et P'4 Les caractéristiques des réacteurs sont données dans les tableaux ci-après ; les données sont principalement issues de la base de données PRIS () de l’Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) qui définit ainsi les termes. :
la puissance nette correspond à la puissance électrique délivrée sur le réseau et sert d'indicateur en termes de puissance installée ; la puissance brute correspond à la puissance délivrée par l'alternateur (soit la puissance nette augmentée de la consommation interne de la centrale) ; la puissance thermique correspond, à la puissance délivrée par la chaudière nucléaire.
Le début de construction correspond à la date de coulage des fondations du bâtiment réacteur. Une tranche (nom utilisé pour un réacteur complet) est considérée comme opérationnelle après son premier couplage au réseau électrique. La mise en service commerciale est le transfert contractuel de l’installation du constructeur vers le propriétaire ; intervenant en principe après réalisation des tests réglementaires et contractuels, et après fonctionnement continu à 100 % pendant une durée définie au contrat de construction. +Liste des réacteurs du palier P4 et P'4.PalierLieu / NomUnitéPuissanceDébut des travauxPremière divergencePremier raccordement au réseauMise en service commercialRefroidissement (source froide)Nette [MWe]Brute [MWe]Thermique [MWth]P4Flamanville 1mer (Manche)2Paluel1mer (Manche)234Saint-Alban1fleuve (Rhône)2P'4Belleville1Tour aéroréfrigérante (TAR) (Loire)2Cattenom1TAR (Moselle)234Golfech1TAR (Garonne)2Nogent1TAR (Seine)2Penly1mer (Manche)2
Coût de construction L'évaluation précise des coûts de construction dépend de la méthode d'évaluation de ces derniers. En 2012, la Cour des comptes publie un rapport sur les coûts de construction du parc nucléaire français de deuxième génération, à partir des données de dépenses d'EDF. La construction des du palier P4 et P'4 est évaluée à 2010, soit une moyenne de 2010 par réacteur.