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Projet DENOPI

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Dernière mise à jour en septembre 2014

Le projet DENOPI (ANR-11-RSNR-0006) vise à acquérir des données expérimentales sur les phénomènes physiques mis en jeu lors d’un accident de perte de refroidissement de combustibles usés entreposés dans des piscines de désactivation (aussi appelées piscines d’entreposage des réacteurs ou piscines BK). Lancé le 1er décembre 2013 pour une durée de six ans, le projet s’appuie sur la réalisation d'expériences dont les résultats serviront de base au développement de modèles et à la validation d’outils de simulation numériques. DENOPI est l'un des sept projets retenus par l’Agence nationale de recherche (ANR) dans le cadre de l’appel à projet « Recherche en matière de sûreté nucléaire et radioprotection » (RSNR) de 2012 et pilotés par l’Institut. 

 

 

Contexte et enjeux

Dans le bâtiment combustible, la piscine de désactivation joue le rôle de lieu de stockage du combustible nucléaire usé, dans l’attente que sa puissance résiduelle1 soit suffisamment faible pour permettre son évacuation définitive du site. La piscine permet également d’accueillir temporairement, au cours des arrêts de tranche, le combustible neuf destiné à être rechargé.
 
Lorsque le combustible n’est plus refroidi correctement, à la suite, par exemple, de la rupture de la tuyauterie du circuit de refroidissement de la piscine ou bien de l’arrêt de ses pompes (comme cela a été le cas lors de l’accident de Fukushima), on parle d’accident de perte de refroidissement. La perte de refroidissement peut conduire à long terme au découvrement (i.e dénoyage) et à l’échauffement des assemblages de combustible ; puis, si aucune mesure n’est prise, à l’emballement de la réaction exothermique d’oxydation par la vapeur d’eau et par l’air, du gainage des crayons de combustible et à une dégradation de ces crayons ainsi qu’au relâchement des produits radioactifs qu’ils contiennent.
 
Le délai avant découvrement des assemblages est important, néanmoins l'accident de Fukushima a montré que la mise en œuvre de dispositions permettant de reprendre et assurer le refroidissement des assemblages peut être difficile. Il est donc apparu important de mieux connaître le déroulement de ce type d’accident afin de pouvoir apprécier la pertinence des mesures prises pour éviter le risque de découvrement des assemblages et en réduire les conséquences.

C’est dans cette perspective que l’IRSN a lancé le projet DENOPI.
 
 
Déroulement du projet et axes de recherche

Le projet de recherche DENOPI est structuré selon trois axes :
 
Axe 1 : Grandes structures convectives au sein de la piscine de désactivation

Cet axe étudie le comportement thermo-hydraulique d’ensemble de la piscine dans des conditions représentatives des différentes phases d’un accident de perte de refroidissement : montée en température, ébullition, reprise éventuelle du refroidissement.

Les phénomènes de convection naturelle et d’ébullition seront simulés sur une maquette de piscine à échelle réduite. Des mesures de température et de vitesse seront réalisées dans la zone au-dessus des alvéoles contenant les assemblages afin de caractériser les mouvements convectifs et ainsi, in fine, constituer une base de validation pour des logiciels de simulation numérique. Les essais sont prévus en  2018-2019.

 
Axe 2 : Thermo-hydraulique des assemblages

Il s’agit là d’étudier les phénomènes thermo-hydrauliques qui se produisent à l’échelle d’un assemblage :
 
  • Avant que les assemblages ne soient découverts
  • L’objectif est d’acquérir des données sur les écoulements diphasiques (eau et vapeur) et les transferts de chaleur dans les assemblages (taux de vide, champ de vitesse, températures).
 
  • Lors de la phase de dénoyage des assemblages
L’objectif est de mieux comprendre la thermo-hydraulique de l’assemblage dans les zones noyée et dénoyée afin notamment d’apprécier dans quelles conditions il pourrait y avoir une entrée d’air dans l’assemblage. Le sujet est important : en effet, une entrée d’air pourrait contribuer à emballer la réaction d’oxydation des gainages dans la zone dénoyée (la cinétique d’oxydation par la vapeur d’eau seule est plus lente en l’absence d’air) et condamner toute possibilité de refroidissement de l’assemblage avant sa dégradation. L’efficacité d’une aspersion d’eau pour refroidir les assemblages sera également étudiée.
Les essais, prévus sur la période 2015-2017, s’effectueront dans un premier temps sur des maquettes à échelle réduite puis à pleine échelle sur un assemblage de crayons électriques (simulant le comportement thermique de crayons de combustible) contenu dans une alvéole de piscine d’entreposage.
 
 
Axe 3 : Oxydation du zirconium des gaines par un mélange air/vapeur

Cet axe s’intéresse plus particulièrement aux phénomènes d’oxydation du gainage à haute température dans une atmosphère gazeuse comportant de l’oxygène, de l’azote et de la vapeur d’eau. Il fournira des données cinétiques détaillées qui permettront une meilleure évaluation des marges de sûreté avant emballement de l’accident.
Par rapport aux travaux déjà réalisés sur le sujet à l’IRSN et dans d’autres laboratoires, l’accent est mis sur la prise en compte des effets liés d’une part à la présence sur la gaine de la couche d’oxyde qui se forme par corrosion sous eau en réacteur, d’autre part à la présence de vapeur d’eau dans l’atmosphère gazeuse entourant les gaines lors d’un accident de dénoyage.

Outre l’aspect cinétique d’oxydation, il est également attendu de cet axe des données sur la tenue mécanique de gaines ayant subi une oxydation importante lors d’un accident dont la progression aurait pu être stoppée avant la destruction des combustibles. Ces données serviront notamment à évaluer la possibilité de manipuler le combustible entreposé, en vue de son évacuation, après l’accident.

Les campagnes d’essais expérimentaux, prévues sur la période 2014-2016 sont conduites à l’IRSN et dans les laboratoires partenaires du projet. Ces travaux font l’objet d’une thèse et de deux stages post-doctoraux.
 
 
1. Chaleur produite par le coeur consécutivement à son arrêt.

Caractéristiques

​Dates : 2013-2019

Partenaires : CNRS, École des Mines de St-Étienne, Université d'Auvergne

Laboratoires IRSN impliqués