Quand on arrête le réacteur, qu'il s'agisse de procéder au rechargement du combustible ou d'un arrêt accidentel, il est impératif pendant une durée assez longie de continuer à refroidir le cœur du réacteur en raison de la chaleur que le combustible irradié continue de dégager.

La réaction en chaîne est bien interrompue, mais les produits de fission présents dans le combustible continuent de dégager de la chaleur par leurs désintégrations : c'est la puissance résiduelle.

Cette puissance résiduelle représente encore 7 % de la puissance du réacteur en fonctionnement une seconde après l'arrêt. Elle demeure de l'ordre de 1,5 % après une heure, puis elle décroît de moins en moins vite. Il s'agit de chaleurs considérables. Dans le cas d'une tranche de 0,9 GWe (gigawatt) qui alimente en électricité environ un million de personnes, le dégagement de chaleur est de 190 MW thermiques après une seconde, de quoi porter une demi tonne d'eau à ébullition durant cette seconde.

Il faut donc refroidir à fond dans les premiers instants et c'est la raison pour laquelle la chaleur résiduelle est d'abord évacuée par les générateurs de vapeur, comme en fonctionnement normal. Ce n'est qu'après une baisse suffisante de la température et de la pression du circuit primaire (aux environs d'une trentaine de bars) qu'il est possible d'utiliser une autre voie : le circuit de « refroidissement du réacteur à l'arrêt ». Ce circuit continue à fonctionner efficacement une fois le couvercle de la cuve enlevé. C'est lui qui évacue la puissance résiduelle des assemblages présents dans le cœur tandis qu'on procède aux opérations de déchargement et de rechargement du combustible. Notons que les assemblages déchargés sont refroidis par l'eau de la piscine réacteur pendant leur transfert vers le bâtiment combustible : là, c'est l'eau de la piscine combustible qui continuera de les refroidir jusqu'à leur évacuation vers l'usine de retraitement.

En cas de situations accidentelles entraînant l'arrêt du réacteur, la puissance résiduelle est évacuée par les moyens habituels si les circuits de refroidissement ne sont pas endommagés par l'accident. Si c'est au contraire une défaillance compromettant justement la bonne évacuation de la chaleur du combustible qui a provoqué l'arrêt, la situation peut être fort délicate. Cela a conduit à prévoir de nombreux systèmes de sauvegarde (*) pour assurer coûte que coûte le refroidissement du combustible. L'étude des accidents de refroidissement et l'analyse des parades mises en place pour y répondre constituent une des premières préoccupations sur le plan de la sûreté.

La catastrophe des centrales japonaises qui ont apparemment bien résisté au séisme, n'ont pas résisté au tsunami qui a gravement endommagé l'ensemble des alimentations électriques et circuits hydrauliques indispensables au refroidissement du combustible nucléaire.

Les actions héroïques mise en oeuvre ces derniers jours consistent à refroidir les éléments combustibles par arrosage/ vaporisation avec de l'eau de mer. Les explosions et incendies constatés les premiers jours sont dues à la présence d'hydrogène généré par une réaction chimique eau enveloppe du combustible ( la gaine qui entoure les "pastilles d'uranium"). Cette réaction se produit à haute température, raison supplémentaire pour refroidir.

Au niveau local, l'enseignement à tirer de cette catastrophe c'est qu'il va falloir prévoir une parade fiable aux inondations. Dans le cas des centrales Françaises des moyens de refroidissement suffisamment robustes pour résister à ce type d'évènement. Paradoxalement, les inondations peuvent conduire au manque d'eau de refroidissement par deux causes: la submersion des moyens de pompage et la quantité de boues charriée qui colmate les prises d'eau et les échangeurs.

Du pain sur la planche pour les ingénieurs et de l'eau au moulin des anti-nucléaires!!