Marine nationale : GTC/GTA du porte-avions 𝘊𝘩𝘢𝘳𝘭𝘦𝘴 𝘥𝘦 𝘎𝘢𝘶𝘭𝘭𝘦

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     La propulsion navale nucléaire est entièrement maîtrisée de la conception du combustible jusqu'à l'extraction de puissance du réacteur et de sa conversion en énergies électrique et mécanique, par la France - à l'instar des États-Unis, de la Chine, de la Russie et bientôt du Brésil. Elle est l'objet d'une étonnante politisation, en raison de l' « affaire Alstom » : alors qu'elle ne s'y résume pas. Albert Camus écrivait que « mal nommer les choses, c'est ajouter au malheur de ce monde » et c'est pourquoi nous allons tenter de nommer les industriels ayant fourni les turbines des deux Groupes Turboréducteurs-Condenseurs (GTC) de la propulsion du porte-avions Charles de Gaulle (2001 – 2038 ?).

     Le bâtiment doit pouvoir marcher jusqu'à une vitesse maximale de 27 nœuds (28 nœuds à l'origine du programme, selon certains) sur ses deux lignes d'arbre car elle assure de pouvoir ramasser un Grumman E-2C Hawkeye ou E-2D Advanced Hawkeye en avarie grâce au vent relatif généré sur le pont à cette vitesse. Le porte-avions peut soutenir jusqu'à 20 nœuds sur une seule ligne d'arbre. Il peut monter jusqu'à 26 nœuds pour les opérations de catapultage effectuées avec un vent de face nulle. Sur deux lignes d'arbre, les 20 nœuds peuvent être atteint en 4 minutes et les 27 nœuds en 7 minutes. 

     Le système de propulsion du porte-avions Charles de Gaulle a été conçu sous maîtrise d'œuvre de DCN – Indret. Elle se répartie sur cinq des vingt-et-une tranches (A à T), est haute de quatre ponts, et est rassemblée dans le Compartiment Chaufferies Nucléaires (CCN) qui représente un volume de 15 000 m3 pour une masse de 5 000 tonnes.

Ce CCN est divisé en deux ensembles, avant et arrière, devant extraire de ses deux réacteurs la puissance et la convertir en énergie mécanique (Groupes Turboréducteurs-Condenseurs (GTC) au profit de la propulsion mais également des deux catapultes C13-2 (75 mètres) et en énergie électrique pour les systèmes du bord, au sein de l'usine électrique du bord (Groupes Turbo-Alternateurs (GTA).

Le CCN est un caisson protégé, isolé physiquement du reste du bord et pour lequel les accès sont très restreints. Le CCN assure, principalement, la production d'énergie et sa conversion en énergies mécanique et électrique. Et c'est pourquoi la conception de ce grand ensemble fait intervenir le CEA-DAM et TechnicAtome (réacteurs) et le site d'Indret de DCN/Naval group pour la conception du caisson et l'intégration de l'ensemble des organes. 

     La coque du « flotteur » ou « poutre-navire », est, en fait, une double coque constituée d'alvéoles étanches qui participe de la protection externe du « caisson protégé » (CCN), isolé physiquement du reste du bord et pour lequel les accès sont très restreints. L'architecture du CCN est ségrégée en deux ensembles distincts, avant et arrière, dont la protection a été conçue selon deux grands objectifs :

Assurer la protection radiologique, de l'intérieur du caisson protégé vers l'extérieur, afin de répondre à toutes les exigences de sûreté et de sécurité nucléaires, aussi pour protéger l'équipage des radiations, tout comme l'ensemble des systèmes du bord dont ceux des munitions (600 tonnes) embarquées à bord et qui sont elles-mêmes protégés par les normes MUnition à Risques ATténués (MURAT). Les normes radiologiques étaient issues des prescriptions de la Commission Internationale de la Protection Radiologique (CIPR 26) qui furent actualisées, en mai 2000, par celles de la CIPR 60. D'où les fameux travaux afférents à l'occasion de la Remise A Niveau Après Essais (RANAE).

Assurer aussi la protection envers les agressions externes, accidentelles ou volontaires. Pour des impératifs militaires, elle est renforcée par une protection latérale et par une structure adaptée vis-à-vis, par exemple, d'une frappe par missiles anti-navires. Mais aussi protégée du risque d'accident, dont l'hypothèse dimensionnante est la collision d'une frégate moderne à 30 nœuds sur une route à angle droit avec le porte-avions et donc au niveau du CCN. Sans oublier le risque incendie, consécutif à une agression ou un accident. 

     Les deux principaux organes qui justifient d'avoir conçu ce compartiment étanche sont les réacteurs nucléaires navals K15 («K» pour compact et « 15 » pour 150 MW thermique). Ils furent mis à l'étude par le Commissariat à l'Énergie Atomique - Direction des Applications Militaires (CEA - DAM) en tant que maître d'œuvre, de la conception des réacteurs de propulsion nucléaire navale mais également de leur entretien et de leur approvisionnement en combustible nucléaire. Ces réacteurs sont co-conçus avec TechnicAtome, en tant que maître d'ouvrage, qui reçoit la responsabilité de leur usinage.

Les K15 furent développés en s'appuyant sur un réacteur d'essai - le Réacteur de Nouvelle Génération (1989 - 2005) - qui a conduit au développement du K15 , élément central des propulsions des SNLE-2G de classe Le Triomphant (4) et du Porte-Avions Nucléaire (PAN) Charles de Gaulle. Le programme Barracuda (SNA de classe Suffren (6) bénéficie d'une évolution de ce réacteur K15, sans modification significative de l'architecture de celui-ci.

Les deux réacteurs nucléaires navals K15 reçurent chacun un nom de baptême et sont donc dénommés « Adyton » et « Xena ». Les K15 reprenait des K48 des SNA 72 ou classe Rubis (6) l'architecture dite en « boucles intégrées », c'est-à-dire que les générateurs de vapeur sont directement intégrés dans l'enceinte de confinement du réacteur, et non plus à l'extérieur de celle-ci. Chacun enceinte de confinement mesure 10 mètres de hauteur pour 10 mètres de diamètre et possède une masse de 900 tonnes. 

     Les générateurs de vapeur servent à extraire la puissance thermique de la réaction de fission nucléaire entretenue dans la partie basse de la cuve du réacteur, par échange calorifique entre le circuit primaire - baignant le combustible nucléaire - et le circuit secondaire, dans la partie haute de la cuve.

Le circuit secondaire de chacun des deux K15 passe donc par les générateurs de vapeur. La vapeur est alors dirigée hors de l'enceinte du réacteur et à direction des organes qui vont la convertir en énergique mécanique et électrique, au sein du CCN : chaque Groupes Turboréducteurs-Condenseurs (GTC) est composée de deux turbines, haute et basse pressions, qui entraîne une ligne d'arbre (125 mètres de long pour l'ensemble avant, 75 mètres pour l'ensemble arrière) par un réducteur à double réduction. 

     Les Groupes Turboréducteurs-Condenseurs (GTC) sont appelés par les industriels 61 SW qui semblent être la dénomination de l'ensemble GTC, et pas seulement de la succession turbines haute pression - basse pression. Ces « appareils moteurs » furent conçus avec, comme maître d'œuvre, DCN Indret, et par trois industriels majeurs que sont ALSTHOM - GEC (turbines HP et BP), et DCN Ruelle, abondés par les gros équipements d'industriels plus secondaires que sont ACB, Rateau, FRAMATOME. 

     ALSTHOM - GEC est le fruit de la fusion, intervenue le 22 juin 1989, entre ALSTHOM, filiale de la Compagnie générale d'électricité et GEC Power Systems, filiale britannique de The General Electric Company (GEC). La société britannique quittera le capital de cette co-entreprise en 2001. Elle était par la suite versée dans Alstom Power, une des deux divisions d'Alstom Energie qui fût elle-même acquise par General Electric, en 2015. EDF devrait signer l'acquisition de la division GE Steam Power de General Electric courant 2022, sans que ne soit précisé le sort des turbines de propulsion navale nucléaire qu'elles soient héritées d'ALSTHOM - GEC et de Thermodyne, pour les SNLE et SNA pour cette dernière.

ALSTHOM équipait d'ores et déjà la propulsion des porte-avions Clemenceau (1959 – 1997) et Foch (1963 – 2000), avec deux ensembles comprenant chacun une turbine haute pression, deux turbines moyenne pression et une turbines basse pression. 

     C'est la société FRAMATOME qui conçoit et usine les assemblages de combustible. Depuis la fin des années 2000, les sous-marins et porte-avions de la Marine nationale, voient leurs réacteurs être chargés avec le même « combustible EDF » que celui des centrales nucléaires de l'électricien français, c'est-à-dire avec l'uranium faiblement enrichi. 

     La puissance propulsive délivrée aux deux hélices à quatre pales fixes (société Fonderies de l'Atlantique, devenue Atlantic Industrie après rachat par la société LBI, en février 2000) d'un diamètre de 5,90 mètres d'une masse de 19 tonnes. Puissance qui atteint un maximum de 83 000 CV (61 MW) sur les deux lignes d'arbres. 

     La vapeur produite alimente également les groupes turbo-alternateurs (GTA) de chacun des deux ensembles bâbord et tribord, symétrique l'un à l'autre, organisés en station principale, station de secours et station de sauvegarde. Ils sont composés, chacun, d'une paire de turbo-alternateur (2 x 4 MW (Thermodyne) et d'une alimentation de secours organisée autour de deux diesel-alternateurs (2 x 1,1 MW). En sauvegarde, deux turbines à gaz Astazou 4M3 de 250 kW (Turboméca), dans chaque GTA, peut subvenir aux besoins électriques d'une partie des équipements et installations. 

     C'est l'industriel Thermodyne, installé au Creusot et issu de Schneider, Creusot-Loire puis Framatome, qui fournit les deux GTA du porte-avions. La société a été acquis par GE Oil & Gas en 2000, à l'occasion de sa mise en vente (1998).

L'usine électrique atteint une puissance électrique totale de 21,4 MW.