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Le projet Mithygène

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Dernière mise à jour en mai 2014

Le projet MITHYGENE, lancé début octobre 2013, est l'un des 23 projets lauréats de l'appel à projet Recherche en matière de sûreté nucléaire et de radioprotection (RSNR), appel à projets effectué dans le cadre du programme Investissements d’avenir. Il vise à améliorer la connaissance du risque hydrogène et de sa gestion en situation d'accident grave. Il a pour objectif de perfectionner les outils d'évaluation du risque hydrogène ainsi qu'à développer un prototype permettant la réalisation de mesure de concentrations de gaz en temps réel et en différents-points de l’enceinte de confinement de réacteur et à le qualifier aux conditions d'accident grave.

 

Les avancées de ce projet aideront à interpréter les événements survenus à Fukushima et à améliorer les dispositifs de mitigation ainsi que les procédures de gestion des accidents graves. Le projet vise aussi à améliorer les pratiques et les doctrines adoptées par les industriels pour éliminer le risque d'explosion d'hydrogène dans leurs propres installations, nucléaires ou non.

 

Contexte et objectifs

Lors d'un accident de fusion de cœur, de l'hydrogène peut être produit par l'oxydation de métaux à deux stades de l'accident : au moment de la dégradation du cœur du réacteur par l'oxydation des gaines de crayon de combustibles ; et lors de l'interaction entre le corium et le béton du radier de l'enceinte si le corium perce la cuve du réacteur.

 

Si l'hydrogène atteint l'enceinte de confinement, et en cas de forte hétérogénéité de sa répartition, le seuil d'inflammabilité du mélange gazeux (air et hydrogène) peut être dépassé : la combustion peut être initiée rapidement en présence de sources d'inflammation (points chauds, électriques...). Lors de la propagation des flammes, certains régimes de combustion rapides peuvent être atteints (déflagration rapide, détonation...), régimes qui peuvent générer des charges en pression susceptibles de menacer la structure de confinement du réacteur et la tenue des équipements qu’elle contient, notamment ceux importants pour la sûreté.

 

La survenue des explosions d'hydrogène de différentes natures lors de l’accident de la centrale de Fukushima en 2011 pose la question de l’évaluation de ce risque dans le parc nucléaire en France et de la suffisance des moyens mis en place pour s’en prémunir ou pour en limiter les conséquences.

 

Pour les réacteurs à eau pressurisée (REPs) français, la stratégie choisie combine l'existence d’enceintes avec des grands volumes et l'installation de recombineurs autocatalytiques passifs (RAPs). En effet, les RAPs sont installés dans l'ensemble des tranches du parc électronucléaire français depuis 2007. Malgré les performances affichées des recombineurs, les études réalisées soulignent la difficulté à démontrer que la formation d'un mélange hydrogène-oxygène susceptible de conduire à des phénomènes d’accélération locale de flamme peut être exclue à tout instant et en tout point de l’enceinte de confinement. Ces études sont réalisées notamment dans le cadre des études probabilistes de niveau 2 (EPS2) des scénarios d’accident de fusion du cœur.

 

Les guides de gestion d’un accident grave limitent les risques associées grâce à des précautions de mise en œuvre des systèmes de sauvegarde, mais la compréhension fine des phénomènes demeure un enjeu important. Ce constat a été souligné dans le rapport de l’ASN sur les évaluations complémentaires de sûreté menées après l’accident de Fukushima. Il montre la nécessité de réaliser des études pour évaluer le risque d'explosion d'hydrogène dans l'espace entre enceintes des réacteurs de 1300 MWe et dans les dispositifs d’éventage-filtration (Filtre U5) des enceintes de confinement.

 

Par ailleurs, la mise en service du système d’aspersion, prévue pour abaisser la pression et rabattre les produits de fission dans l'enceinte de confinement en cas d’accident, peut aussi influencer la distribution de l'hydrogène dans l'enceinte de confinement. En effet, l'eau issue de ce système contribue à la fois à l'homogénéisation de l'atmosphère de l’enceinte de confinement et à son "desinertage" par condensation de la vapeur ; ce qui peut conduire à la formation d'un nuage inflammable. Par ailleurs, la turbulence induite par les gouttes d'eau aspergées peut promouvoir l'accélération de flamme en cas de combustion. Aussi, la compétition entre ces effets négatifs ou positifs pour la sûreté pose la question de la gestion du système d’aspersion en situation d'accident grave.

 

L’objectif du projet MITHYGENE est d’apporter des éléments permettant in fine d'améliorer l’efficacité du dispositif de mitigation du risque hydrogène mis en place.

 

Déroulement du programme et axes de recherches

Le projet MITHYGENE comporte deux volets principaux constitués chacun de plusieurs axes thématiques.

 

Premier volet

Volet de recherche fondamentale, il a pour objectif d'améliorer la prédictibilité des outils qui évaluent le risque d'explosion d'hydrogène et de développer une instrumentation in situ, temps réel, dédiée à la mesure des gaz et qualifiée pour les conditions d'accidents graves.

 

Quatre axes de recherches ont été identifiés :

  • l'axe 1 a pour but de réaliser des études expérimentales et numériques de la distribution de l'hydrogène en tenant compte de l'effet des moyens de mitigation. Les résultats de ces études permettront d'améliorer la capacité des codes de calcul à prédire des situations non couvertes par les programmes nationaux et internationaux ;            
  • l'axe 2 vise à réaliser des études expérimentales et numériques de la propagation de flammes de l'hydrogène en tenant compte de l'impact de la vapeur d’eau, de la présence des gouttes d’eau ou encore des conditions thermodynamiques. Les expériences ainsi réalisées permettront d’une part d’affiner les données disponibles grâce à l'utilisation d’une instrumentation détaillée et d'autre part à combler le manque de données sur la propagation de flammes d’hydrogène en milieu humide. Les études numériques permettront d’améliorer les modèles de combustion implantés dans les codes de calcul et d’élargir leur domaine de validation ;  
  • l'axe 3 a pour objectif de réaliser des études expérimentales et numériques de la tenue des structures suite à une combustion d'hydrogène. Différents régimes de combustion seront étudiés et permettront d’améliorer la connaissance sur les effets de la combustion sur les structures ;
  • l'axe 4 vise à développer et qualifier un prototype de mesure in situ, en temps réel, de la composition de l’atmosphère de l’enceinte de confinement en condition d’accidents graves.

 

 

Second volet

À caractère plus applicatif, le second volet a pour objectif de valoriser les connaissances acquises à l'issue de la réalisation du premier volet.

 

Trois axes d'application ont été identifiés :        

  • l'axe 5 a pour but de préparer l'industrialisation du prototype de mesure des concentrations qui sera développé lors de la réalisation de l'axe 4 ;   
  • l'axe 6 vise à synthétiser les résultats obtenus et améliorer les pratiques des industriels en matière de gestion du risque d’explosion d'hydrogène dans leurs propres installations ;        
  • l'axe 7 a pour objectif d’interpréter les accidents survenus dans l’installation de Fukushima Daïchi.

 

L'IRSN coordonne et anime le projet qui regroupe des partenaires universitaire : l'institut Icare, des partenaires institutionnels : IRSN, CEA et l'Institut allemand Julich et un partenaire industriel : la société Areva-Elta. Par ailleurs ; trois groupes industriels soutiennent le projet, il s'agit d'EDF, d'Areva et d'Air-Liquide.

 

La durée du projet est de 5 ans (2013-2018). Les premiers essais seront réalisés fin 2014.


Caractéristiques

Dates : 2013-2018

Budget : coût total de 5 993 163 € sur 5 ans dont 2 431 298 € d’aide l’ANR (soit 42 % du budget total). Les sponsors EDF, Air Liquide et Areva contribuent à hauteur de 804 000 € (soit 12 % du budget total).
Partenaires :
CEA-DEN, CEA-DRT, Icare, Institut Jülich,  Areva-Elta
Sponsors : Air-Liquide, Areva, EDF

Laboratoires IRSN impliqués

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