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Centrale nucléaire de Douglas Point

Le mercredi 27 septembre, à 14 heures, la Fiducie du patrimoine ontarien et la Société Nucléaire Canadienne ont dévoilé une plaque provinciale au centre des visiteurs de Bruce Power, au nord de Tiverton (Ontario), pour commémorer la centrale nucléaire de Douglas Point.

Voici le texte bilingue de la plaque :

CENTRALE NUCLÉAIRE DE DOUGLAS POINT

    La Centrale nucléaire de Douglas Point a commencé à produire de l’électricité en 1967 et ce, jusqu’en 1984. Ce projet conjoint d’Énergie atomique du Canada limitée et d’Ontario Hydro a été le premier réacteur nucléaire commercial CANDU (Canada Deutérium Uranium). Le réacteur nucléaire de démonstration (réacteur NPD) de Rolphton, en Ontario, a validé le concept CANDU en 1962 et la centrale de Douglas Point de 200 mégawatts, dont le réacteur était dix fois plus puissant que celui de Rolphton, a prouvé qu’une centrale nucléaire CANDU pouvait être aménagée à des fins de production commerciale d’électricité. Les progrès accomplis à la centrale de Douglas Point ont permis d’offrir à la province une source croissante et fiable d’approvisionnement en énergie et ont contribué à assurer le succès de centrales nucléaires CANDU plus puissantes au Canada et à l’étranger.

DOUGLAS POINT NUCLEAR POWER PLANT

    The Douglas Point Nuclear Power Plant began generating electricity in 1967 and continued until 1984. This joint project between Atomic Energy of Canada Ltd. and Ontario Hydro was the first commercial-scale Canada Deuterium Uranium (CANDU) reactor. The Nuclear Power Demonstration (NPD) reactor in Rolphton, Ontario had proven the CANDU concept in 1962 and the 200-megawatt Douglas Point plant, ten times larger than NPD, demonstrated that a CANDU nuclear power plant could be scaled up for commercial power generation. The advances made at Douglas Point provided the province with a growing and reliable energy supply and contributed to the success of larger CANDU plants in Canada and abroad.

Historique

La Centrale nucléaire de Douglas Point a réalisé la première étape, particulièrement importante, de mise en route ou de « criticité » le 15 novembre 1966, et a produit de l’électricité pour la première fois en janvier 1967. Elle a entamé ses opérations commerciales à pleine capacité le 26 septembre 1968, et a continué à fournir jusqu’à 220 mégawatts de puissance électrique (MWe) au réseau ontarien jusqu’à sa fermeture, le 5 mai 1984.

Création d’un prototype

Énergie atomique du Canada limitée (EACL) a clairement déclaré, et ce, longtemps à l’avance, en parlant de l’ouverture de Douglas Point, qu’il « s’agit d’un prototype, et qu’on ne s’attend pas à ce qu’elle produise de l’électricité à un tarif compétitif dans l’environnement économique qui est le sien ».1 C’est en tant que prototype que la Centrale nucléaire de Douglas Point a pris part à la croissance de l’industrie nucléaire du Canada en temps de paix, et c’est en tant que prototype que la centrale occupe une place importante sur le plan historique. Pour bien la comprendre, on peut en fait voir la Centrale nucléaire de Douglas Point comme un banc d’essai ou un terrain d’essai géant, la dernière étape du chemin menant à la première génération de centrales nucléaires industrielles situées à Pickering, en Ontario. Les descendants de Douglas Point, les — imposantes — centrales nucléaires de Pickering, de Darlington et de la péninsule de Bruce, fournissent aujourd’hui plus de 50 % de l’électricité consommée en Ontario.

À la fin de la Deuxième Guerre mondiale, le Canada possédait le seul réacteur nucléaire situé hors des États-Unis, ainsi que la deuxième plus importante infrastructure nucléaire au monde. Contrairement aux États-Unis, à la Grande-Bretagne et à d’autres pays ayant développé une capacité nucléaire, le programme nucléaire du Canada était civil. Les premiers projets — tels que les ZEEP, NRX et NRU2 — avaient démontré que le Canada était en mesure de construire des réacteurs nucléaires de plus en plus sophistiqués et de plus en plus puissants.

Du fait du coût élevé des réacteurs et des recherches nucléaires, des efforts ont été entrepris en vue d’accroître les avantages que pourrait tirer la société canadienne de l’usage de l’énergie nucléaire à des fins pacifiques. Au début des années 50, George Laurence, W.B. Lewis et d’autres ont commencé à préconiser l’utilisation de la chaleur produite par les réacteurs nucléaires pour générer de l’électricité afin de répondre à la demande en électricité sans cesse croissante des foyers, des commerces et des industries. Une entreprise aussi ambitieuse que celle-ci nécessitait cependant un administrateur. Ce fut le cas en 1952 avec la mise en place d’une société d’État, Énergie atomique du Canada limitée (EACL), qui eut comme principale responsabilité, entre autres, de veiller au développement de l’énergie nucléaire.

Suggérer l’idée est une chose, mais c’en est une autre que de construire une centrale nucléaire fonctionnelle pouvant produire de l’électricité par le biais du processus de fission nucléaire, dans un pays ne possédant aucun programme nucléaire militaire. Le Canada avait besoin de réaliser un projet afin de valider ce principe. EACL, Générale électrique du Canada et Ontario Hydro ont travaillé de concert afin de démontrer que cela était possible. Ils ont ainsi construit le réacteur NPD (réacteur nucléaire de démonstration) de Rolphton, en Ontario, qui a commencé à alimenter le réseau en électricité le 4 juin 1962 et qui est resté en activité jusqu’en 1985. Avec une puissance de 20 MWe en sortie, la centrale NPD a prouvé que la technologie nucléaire canadienne fonctionnait. Ceci étant, il a également permis de déterminer que la perspective d’un succès commercial nécessiterait un prototype d’une taille bien plus imposante, un prototype de taille commerciale. Telle serait donc la tâche assignée à la Centrale nucléaire de 200 MWe de Douglas Point, une usine capable de produire en sortie 10 fois plus d’électricité que la centrale NPD qui avait validé le principe.

En 1959, bien avant que la construction de la centrale NPD ne soit terminée, le gouvernement fédéral (par le biais de la toute nouvelle division Centrale nucléaire, basée à Toronto, de l’EACL) et Ontario Hydro se sont mis d’accord pour entamer la conception, la mise au point, la construction et l’exploitation d’une centrale nucléaire de 200-MWe. Les travaux portant sur un prototype à l’échelle commerciale ont commencé avant que la centrale NPD ne soit opérationnelle, à cause des besoins pressants en électricité qui résultèrent de la croissance et du développement industriel d’après guerre. Par ailleurs, les États-Unis, la Grande-Bretagne et la France travaillant déjà à l’élaboration de leurs propres réacteurs nucléaires, il était essentiel que le Canada travaille vite s’il désirait prendre pied sur le marché commercial émergent de la production d’énergie nucléaire.

Lorsque les travaux de conception de Douglas Point commencèrent, la taille prévue des réacteurs nucléaires augmenta rapidement. L’électricité hydroélectrique avait connu une croissance similaire à ses débuts, lorsque la capacité en sortie des turbines et des générateurs augmenta de façon spectaculaire en l’espace de quelques années. Cette croissance était prometteuse et potentiellement lucrative, mais ce changement d’échelle entraîna des incertitudes et des délais.3 Les pays en train de développer des centrales nucléaires devaient déterminer si les concepts de validation de principe pouvaient être reproduits à une échelle suffisamment grande pour être viables commercialement. La centrale de Douglas Point envisagée, d’une puissance de 200 MWe, avait une capacité en sortie dix fois supérieure à celle de la centrale NPD. On s’attendait néanmoins à ce que la capacité de Douglas Point soit dépassée par les centrales nucléaires qui suivraient. Chaque projet tenait compte des avancées réalisées au cours du projet précédent et influençait les projets à venir. La centrale NPD et celle de Douglas Point étaient destinées à fournir des détails de conception indispensables, et à permettre l’acquisition d’expérience en matière d’ingénierie, de construction et d’exploitation, pour la construction de réacteurs encore plus grands.

La recherche permet d’éclaircir certaines questions, mais elle peut réserver de mauvaises surprises à court terme. Ce fut le cas lorsque l’on découvrit que les dimensions de l’enceinte sous pression de la centrale NPD à l’intérieur de laquelle on prévoyait de loger le cœur du réacteur, le combustible, le modérateur et le liquide de refroidissement, ne pouvaient pas être augmentées pour atteindre les dimensions requises par les futurs réacteurs. Pour que le redimensionnement de la centrale NPD reste tout de même envisageable et pour éviter que cette usine ne se révèle être qu’une impasse en terme de développement, le design du réacteur fut modifié de manière significative. L’enceinte sous pression fut éliminée et remplacée par des tubes de force horizontaux afin de contenir le liquide de refroidissement d’eau lourde sous pression et le combustible. Le réacteur fut redessiné pour pouvoir être réalimenté en combustible tout en fonctionnant à pleine puissance. Ces modifications courageuses, apportées en cours de projet, permirent d’aboutir au système CANDU qui a fait ses preuves au Canada et dans le monde.

Douglas Point fut le premier réacteur CANDU (CANada Deuterium Uranium) à avoir été conçu dès le départ et à part entière en tant que tel. Ses principales caractéristiques étaient la présence de tubes de force horizontaux, le fait qu’il utilisait de l’oxyde d’uranium d’origine naturelle plutôt que de l’uranium enrichi ou de l’uranium métal comme combustible, et l’utilisation d’eau lourde, à la fois en tant que modérateur et en tant que liquide de refroidissement, ou en tant que fluide caloporteur, seul le liquide de refroidissement étant à haute pression. Plus important encore, en ce qui a trait à la continuité et la fiabilité de la production de courant, le design permettait de ravitailler le réacteur en combustible pendant que celui-ci fonctionnait et produisait de l’électricité; d’autres systèmes devaient en effet être éteints pour pouvoir être ravitaillés en carburant.

La Centrale Nucléaire de Douglas Point a présenté au monde un prototype permettant de produire du courant électrique de manière rentable et à long terme. Un grand nombre de détails techniques durent être résolus rapidement dans un cours laps de temps. Tout comme le design de la centrale de Douglas Point avait commencé avant que la construction du réacteur NPD ne soit terminée, les plans de la première génération de réacteurs de taille industrielle de Pickering furent dessinés avant que la construction de Douglas Point ne soit terminée. Il n’en reste pas moins qu’un grand nombre des leçons apprises et des caractéristiques de Douglas Point furent intégrées au design de l’usine A de Pickering. Le prototype commercial qu’était la Centrale nucléaire de Douglas Point a préparé le terrain pour les installations de taille industrielle qui ont suivi.

La contribution la plus significative de Douglas Point envers l’industrie nucléaire canadienne fut l’enrichissement mutuel, ou le transfert de technologie, du prototype commercial de Douglas Point vers les deux premiers réacteurs industriels, ou d’envergure, d’Ontario Hydro à Pickering, chacun d’entre eux ayant une capacité double de celle de Douglas Point. « Toutes sortes de personnes peuvent tirer toutes sortes de leçons. La raison pour laquelle Pickering « A » a si bien fonctionné est que les personnes qu’il fallait se sont salies les mains à Douglas Point et en ont tiré les leçons qu’il fallait. »4

Contributions techniques

De toutes les contributions techniques apportées par Douglas Point, et elles sont nombreuses, les contributions suivantes sont les plus significatives sur le plan historique. Dans les réacteurs CANDU, l’eau lourde joue un rôle crucial, aussi bien en tant que modérateur qu’en tant que liquide de refroidissement ou fluide caloporteur. Mais avec des tonnes d’eau lourde à un coût de 20,50 $ la livre, les pertes devaient être limitées au maximum à l’aide d’un système associant « la limitation des fuites d’eau lourde et la récupération efficace de ces fuites ».5 Cela n’était pas facile à réaliser. Bob Hart écrit que « le fait de prendre des dispositions pour le design, la construction et l’exploitation de stations CANDU prototypes n’était que le point de départ des travaux d’industrialisation de la technologie CANDU. Cette station est constituée d’une myriade de pompes, de valves, de tuyaux, d’échangeurs de chaleur, de joints, de raccords, d’instruments, tous devant être fabriqués selon des normes de qualité que les fabricants canadiens ne maîtrisaient généralement pas. Des composants essentiels tels que le combustible, les tubes de force et les tubes de cuve devaient être fabriqués à partir de matériaux que les fabricants canadiens n’avaient jamais vus ».6 Toutes les parties concernées ont pris part aux travaux. L’industrie a appris à travailler selon des normes d’ingénierie et de fabrication plus élevées, et l’EACL a contribué de manière notable aux travaux de recherche, dans des domaines tels que l’amélioration du design des tiges de soupape, ce qui a permis aux fabricants de réaliser des produits mieux conçus.7

Douglas Point a également montré à l’EACL qu’il fallait être extrêmement prudent en ce qui a trait aux hypothèses de conception. Le design de Douglas Point reposait sur le principe selon lequel « le système de transfert de la chaleur doit être étanche et doit le rester. Cela s’est révélé bien trop optimiste, tout au moins avec les composants sélectionnés pour sa construction. »8 Il s’agissait d’une hypothèse coûteuse, mais les prototypes — quel qu’en soit le prix et la taille — sont construits dans le but d’acquérir des connaissances et de l’expérience. « L’expérience acquise à NPD et à Douglas Point a conduit à l’adoption de diverses mesures visant à réduire les frais de maintenance du système d’eau lourde. Ces mesures ont été incorporées au design de Pickering et des réacteurs ultérieurs. Les systèmes à eau lourde et à eau ordinaire ont été éloignés aussi loin que possible l’un de l’autre, et les valves à eau légère, les joints, les pompes et autres équipements ayant tendance à fuir ont été exclus des zones à eau lourde. »9

L’usine de Douglas Point était novatrice de par le fait qu’elle a réduit la complexité et le nombre de composants requis pour faire fonctionner sa machinerie. Dans les centrales électriques CANDU ultérieures, « le nombre de joints et de valves mécaniques fut réduit de manière drastique — il y avait par exemple 2 000 valves dans le service à eau lourde de Douglas Point, et seulement 170 par réacteur à Pickering — et ceux qui furent sélectionnés étaient de haute qualité. Les joints soudés furent utilisés à profusion, même si cela signifiait qu’il faudrait par la suite couper les tuyaux pour remplacer ou réparer des composants ».10 Par ailleurs, « les joints pour arbre tournant de pompe, les brides des échangeurs de chaleur et les tiges de soupape de grandes dimensions [à Douglas Point] furent équipés de deux joints, de sorte que les fuites d’eau lourde dans l’espace situé entre les deux joints pouvaient être récupérées dans un système fermé de récolte d’eau lourde, pour être renvoyées directement dans le système de transfert de chaleur ».11

Les premiers défis que l’EACL eut à relever furent de faire en sorte que les réacteurs fonctionnent en toute sécurité et avec efficacité. NPD a introduit un nouvel élément — la production d’électricité. D’une taille 10 fois plus importante que celle de NPD, Douglas Point a appris « à EACL à redoubler d’effort en matière de R. et D. afin de se pencher en détail sur un grand nombre des composants extérieurs au réacteur (tels que les joints de pompe, les valves, les générateurs de vapeur et les échangeurs de chaleur, par exemple), et d’élaborer des spécifications plus rigoureuses les concernant ».12 Douglas Point a illustré la nécessité d’absorber des idées provenant de nombreux domaines de recherche — ce qui n’est pas une surprise, puisqu’une centrale nucléaire est l’un des systèmes d’ingénierie les plus complexes au monde.

Bien que l’amélioration des détails soit significative en elle-même, le legs le plus important de Douglas Point est que « ces leçons coûteuses ont été apprises suffisamment à temps pour pouvoir être appliquées aux réacteurs commerciaux de grandes dimensions qui furent construits à la fin des années 60 et au début des années 70 ».13 Un exemple précis permettant d’illustrer ceci est la recherche effectuée par EACL en réponse aux sérieux problèmes de fuite d’eau de Douglas Point. Lorsque la nouvelle technologie fut mise en place « à Pickering en 1973, les fuites se produisant au-delà de la garniture [au niveau des tiges de soupape] furent réduites en grande partie. Plus important encore, les temps de maintenance des valves furent divisés par un facteur supérieur à 100. Des économies annuelles de 1 million de dollars purent ainsi être réalisées à Pickering en frais de maintenance. Cette technologie a été transférée à l’industrie et utilisée dans toutes les stations CANDU construites par la suite. »14

Douglas Point a également démontré à quel point il était essentiel de réfléchir en terme de maintenance perpétuelle lors de la phase de conception. Bien qu’ils partent d’une bonne intention, les efforts entrepris pour réduire les pertes d’eau lourde se soldèrent par un échec — baptisé « revenge effect (effet vengeance) »15 par l’historien et auteur Edward Tenner. En effet, comme il était extrêmement difficile d’atteindre et de travailler sur les pompes et les valves, les travaux de réparation étaient trop longs ou nécessitaient la présence d’équipes aux effectifs trop élevés. Les économies réalisées du côté de l’eau lourde furent plus que compensées par l’augmentation des frais de maintenance.

Les ordinateurs font désormais tellement partie intégrante de l’industrie nucléaire qu’il est facile d’oublier certains des efforts novateurs qui furent entrepris dans ce domaine. Ici aussi, la Centrale nucléaire de Douglas Point est importante sur le plan historique. Les ordinateurs sont une composante particulièrement importante de la sécurité d’un réacteur. Douglas Point étant doté de 306 canaux de combustible, comparativement à 132 canaux pour la centrale NPD, le contrôle des grappes de combustible et le contrôle de la réaction par le biais du changement des niveaux d’eau lourde dans les calandres étaient des tâches autrement plus difficiles. Avant Douglas Point, EACL avait porté plus d’attention à l’automatisation des commandes du réacteur que ne l’avaient fait d’autres pays. À cet égard, Douglas Point a constitué une innovation majeure, avec son « recours fréquent aux ordinateurs pour le traitement des données ».16 Plus significatif encore, « Douglas Point fut le premier réacteur au monde dans lequel un dispositif de contrôle de la réactivité fut mis en place par un ordinateur numérique à programme enregistré ».17 En utilisant, pour la première fois au monde, un calculateur numérique pour contrôler un réacteur de puissance, Douglas Point a accentué de façon spectaculaire l’avance d’EACL en matière d’automatisation des commandes du réacteur. Conséquence des pas de géant réalisés à Douglas Point, Pickering fut la première centrale nucléaire au monde à disposer d’un contrôle informatique intégral — une caractéristique que possèdent toutes les centrales CANDU qui ont été construites par la suite.

Conclusion

La Centrale nucléaire de Douglas Point est l’un des projets canadiens les plus significatifs sur le plan historique en matière de puissance nucléaire. Elle fut un prototype d’envergure commerciale réussi et un maillon essentiel du développement du réacteur CANDU. Les succès obtenus à Douglas Point ont constitué un pas en avant vital vers la fourniture à l’Ontario de 50 % de ses besoins en énergie par le biais des centrales nucléaires. Ces succès ont également réduit la dépendance de la province envers des méthodes de production d’énergie moins respectueuses de la nature. Les avancées réalisées et les connaissances acquises grâce à la Centrale nucléaire de Douglas Point ont donné à l’Ontario un approvisionnement en énergie croissant et fiable et ont contribué au développement des industries de haute technologie en Ontario et ailleurs au Canada.

La Fiducie du patrimoine ontarien tient à remercier M. Norman Ball pour ses recherches.

© Fiducie du patrimoine ontarien, 2006

1 Énergie atomique du Canada limitée, Douglas Point Nuclear Generating Station, rapport interne AECL-1596.

2 Zero Emissions Experimental Pile (1945), National Research Experimental (1947), National Research Universal (1957).

3 Pour consulter l’introduction concernant l’incertitude et le délai liés aux premières années de mise à niveau de la production d’hydroélectricité à Niagara Falls, voir Norman R. Ball, The Canadian Niagara Power Company Story. Erin, Ontario : The Boston Mills Press, 2005.

4 Énergie atomique du Canada limitée, Opérations CANDU, The Douglas Point Story. Power Projections, édition spéciale, juin 1984, p. 22. Disponible en ligne.

5 H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age. A Technical History of Atomic Energy of Canada Limited. Montréal : McGill-Queen’s University Press pour Énergie atomique du Canada limitée, 1997, p. 282. L’article complet se trouve aux p. 276-293.

6 R. G. Hart, « Business Development, Revenue Generation and the Impact of Change » dans D.G. Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age. A Technical History of Atomic Energy of Canada Limited. Montréal : McGill-Queen’s University Press pour Énergie atomique du Canada limitée, 1997, p. 395. L’article complet figure aux p. 391-406.

7 Pour obtenir des renseignements sur la recherche et l’adaptation des tiges de manœuvre permettant de réduire les fuites, voir H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p. 283-4.

8 H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p. 283.

9 H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p. 283.

10 H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p. 283.

11 H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p. 282.

12 H.K. Rae, « CANDU and Its Evolution » dans D.G. Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age. A Technical History of Atomic Energy of Canada Limited. Montréal : McGill-Queen’s University Press pour Énergie atomique du Canada limitée, 1997, p. 199. L’article complet figure aux p. 191-214.

13 H.K. Rae, « CANDU and Its Evolution » dans Hurst, Canada Enters the Nuclear Age, p. 200

14 H.K. Rae, « Heat Transport System » dans Hurst, Canada Enters the Nuclear Age, p. 285.

15 Edward Tenner, Why Things Bite Back: Technology and the Revenge of Unintended Consequences, New York : Knopf, 1996.

16 H.K. Rae, « CANDU and Its Evolution » dans D.G. Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p. 199.

17 H.K. Rae, « CANDU and Its Evolution » dans D.G. Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age, p.199. Pour de plus amples renseignements sur les applications informatiques, consulter M.F. Duret et H.K. Rae, « Reactor Physics and Control » dans D.G. Hurst, éd., Canada Enters the Nuclear Age. A Technical History of Atomic Energy of Canada Limited. Montréal : McGill-Queen’s University Press pour Énergie atomique du Canada limitée, 1997, p. 215-232. Vous trouverez une courte partie sur le contrôle informatique à la p. 231.