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Risque sismique et installations nucléaires

L'évaluation du comportement sismique des ouvrages nucléaires

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La prise en compte du risque sismique dans les installations nucléaires de base (INB) fait l’objet d’examens spécifiques dans le cadre du contrôle de la sûreté. Que ce soit lors de la conception des nouvelles installations ou lors de la réévaluation sismique des installations existantes, l’IRSN analyse et évalue les dossiers techniques présentés à ce sujet par les exploitants nucléaires (EDF, CEA, AREVA, ANDRA…). Ces dossiers s’appuient sur des « règles fondamentales de sûreté » (RFS) et des guides qui présentent des méthodes acceptables de prise en compte des exigences de la sûreté nucléaire dans les diverses installations du territoire national.

Ainsi, la démarche permettant la détermination des caractéristiques des séismes à retenir pour les sites des installations nucléaires de base dites « de surface » (donc à l’exception des stockages à long terme de déchets radioactifs) relève de la règle fondamentale de sûreté RFS n° 2001-01. Le Guide ASN 2/01 définit une démarche acceptable de prise en compte du risque sismique à la conception des ouvrages de génie civil des mêmes installations nucléaires de base ; ce document, diffusé en 2006 par l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) en remplacement d’une RFS, résulte d’un travail collectif de plusieurs années au sein d’un groupe de travail qui a réuni des experts français dans le domaine du génie parasismique.

Ces deux documents ont fait l’objet, avant diffusion, d’un examen par les groupes permanents d’experts compétents auprès de l’ASN.

 

Conception parasismique des ouvrages de génie civil des installations nucléaires

Référentiel relatif au risque sismique applicable aux INB « de surface »

Règles Fondamentales de Sûreté (RFS) et Guides : 

  • Détermination des mouvements sismiques : RFS 2001-01
  • Conception et calcul sismique des ouvrages de génie civil : Guide ASN 2/01

 

Règles de Conception et de Construction (RCC), établies par les exploitants nucléaires :

  • En conformité avec les RFS
  • En complément aux règlements techniques en vigueur

Le Guide ASN 2/01 est un texte à caractère pararéglementaire concernant la conception parasismique des ouvrages de génie civil des installations nouvelles. En complément à ce guide et aux règlements techniques en vigueur, des règles de conception et de construction (RCC) des ouvrages des INB (RCC-G pour les réacteurs de type REP, ETC-C pour le nouveau réacteur EPR …) sont établies par les exploitants nucléaires. Ces règles définissent les méthodes de calcul et les critères associés aux exigences de comportement attribuées aux ouvrages de génie civil en cas de séisme, en cohérence avec l’analyse de sûreté de chaque installation.

Le Guide ASN 2/01 :

  • introduit le lien entre la démarche de conception et de dimensionnement des ouvrages nucléaires et l’analyse de sûreté de l’installation relative au risque sismique en précisant notamment :

> les exigences de comportement retenues pour le génie civil ;
> les combinaisons d’actions à retenir (dont le séisme) pour le calcul des structures : poids propre, charges de service, charges climatiques, et pour les réacteurs de type REP, l’APRP (accident de perte de réfrigérant primaire), la RTGV (rupture de tubes de générateur de vapeur)…

  • rappelle les principes fondamentaux de conception parasismique (architecture et dispositions de construction) ;
  • présente des méthodes de calcul acceptables pour l’étude du comportement sismique des bâtiments et de certaines catégories d’ouvrages (digues, galeries enterrées, soutènements, réservoirs …) ;
  • indique comment utiliser les sollicitations sismiques dans les calculs de dimensionnement des structures ;
  • précise les documents attendus en soutien aux demandes d’autorisation relatives aux INB.

 

Le Guide ASN 2/01 préconise l’utilisation de méthodes de calcul qui considèrent un comportement linéaire des structures (les contraintes et les déplacements sont proportionnels aux efforts). L’évaluation des sollicitations est fondée soit sur une méthode spectrale, soit sur des calculs temporels. Le contenu de ce guide doit être décliné en règles d’ingénierie et traduit en critères de dimensionnement.

Le Guide ASN 2/01 tient compte :

  • de la méthode de détermination des caractéristiques des mouvements sismiques à la surface du sol (RFS 2001-01), qui prévoit notamment la détermination :

> d’un spectre de séisme adapté au site ;
> d’un spectre minimal « forfaitaire » pour les zones considérées « peu sismiques » ;

  • du retour d’expérience de séismes réels qui a mis en évidence l’importance :

> de la conception des structures (choix des éléments structuraux assurant le contreventement, régularité des ouvrages, système de fondations adapté…) ;
> des dispositions de construction (disposition des armatures dans les éléments en béton armé, assemblages des charpentes métalliques…) ;

  • des progrès des moyens informatiques pour le calcul scientifique disponibles dans les bureaux d’études et les ingénieries (recours de plus en plus systématique à des modèles aux éléments finis), avec notamment : 

> le développement d’analyses dynamiques sur des modèles tridimensionnels détaillés et leur exploitation directe par des post-processeurs ;
> le développement de calculs temporels ;

  • des avancées en termes de capacité de simulation, avec notamment :

> l’amélioration des connaissances du comportement des sols et de l’interaction sol/structure ;
> la prise en compte de phénomènes non-linéaires d’origine géométrique (décollement) ou rhéologique (lois de comportement plastique).

 

Réévaluation sismique des ouvrages de génie civil des installations nucléaires existantes

Analyse par l'IRSN du dossier de réévaluation sismique d'un ouvrage, établi par l'exploitant nucléairaux INB « de surface »

    Les objectifs :

  • Identifier les spécificités de la conception, les écarts par rapport aux recommandations des règles parasismiques les plus récentes
  • Appréhender le comportement de l’ouvrage, le transfert des efforts et identifier les zones les plus sensibles (renforcements ou modifications).


    La démarche :

  • Examen des données, règles d'études, hypothèses et méthodes
  • Examen qualitatif et quantitatif de la situation de l’ouvrage dans son environnement, de sa conception et des dispositions de construction mises en oeuvre
  • Réalisation, le cas échéant, de contre-calculs.

Les « réexamens de sûreté » des installations nucléaires, effectués tous les 10 ans, peuvent conduire l’exploitant à renforcer certains ouvrages de génie civil, notamment des bâtiments, compte-tenu des résultats du « diagnostic sismique ». 

Le diagnostic sismique d’un ouvrage nucléaire existant est un problème complexe, qui explique en partie l’absence de règles codifiées pour la réévaluation sismique :

  • les règles en vigueur au moment de la construction de certains bâtiments n’impliquaient pas forcément la prise en compte de sollicitations sismiques ;
  • les règles de conception et de dimensionnement parasismiques se révèlent parfois inapplicables pour :

> l’évaluation des sollicitations sismiques ;
> la définition des critères de justification de la structure ;
> la vérification du respect de ces critères.

L’IRSN analyse le caractère acceptable (ou non) du comportement sismique des ouvrages pour la sûreté des installations, en s’appuyant sur les règles techniques en vigueur, après détermination des schémas de transferts d’efforts dans les structures compte tenu des dispositions de construction.

Lorsque le diagnostic sismique identifie des déficits de capacité résistante des structures, l’IRSN émet un avis sur les renforcements prévus par l’exploitant nucléaire.

 

Un exemple de renforcements sismiques : le réacteur de recherche CABRI (Cadarache)

  Un exemple de renforcements sismiques : le réacteur de recherche CABRI (Cadarache)  

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