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Refroidissement des installations nucléaires

Dispositifs de pompage : fonctionnement et enjeux de sûreté

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Chaque réacteur dispose de deux stations de pompage. Leur rôle : garantir l'arrivée de l'eau qui assure le refroidissement du réacteur et de la piscine de stockage des combustibles usés. Identifié dès les années 1980, le risque de perte totale de ces systèmes a été progressivement pris en compte au point de devenir un enjeu de sûreté important.

Si les centrales nucléaires sont implantées à proximité d’un cours d’eau ou de la mer, c’est parce que le réacteur et la piscine de stockage des combustibles usés doivent être refroidis en permanence. Protéger cet approvisionnement en eau (appelée « source froide ») est un enjeu majeur pour la sûreté : la perte de la source froide peut en effet conduire à la fusion du cœur du réacteur et donc à un accident nucléaire majeur.

L'eau de la source froide alimente deux systèmes de refroidissement indépendants nécessaires au fonctionnement de l'installation, en exploitation, à l'arrêt ou en situation accidentelle : 

  • d'un côté,  le refroidissement des systèmes importants pour la sûreté : un système d'échangeur assure le refroidissement d’un circuit intermédiaire (RRI) qui a lui-même pour fonction de refroidir les éléments et systèmes implantés dans l’îlot nucléaire, notamment les systèmes de sauvegarde (injection de sécurité RIS et aspersion dans l’enceinte EAS). Il est conçu en circuit ouvert : l’eau est directement prélevée au niveau d’une prise d’eau, et est évacuée par des installations de décharge.
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  • de l'autre, le refroidissement de la partie conventionnelle de la centrale où se trouvent la turbine et l'alternateur de production d'électricité. Il peut être en circuit ouvert (l’eau est directement prélevée dans la rivière ou la mer, traverse le condenseur pour ensuite retourner dans la rivière ou la mer) ou fermé (l'eau s’échauffe au niveau du condenseur, puis est refroidie par courant d'air dans une tour de refroidissement, appelée aéroréfrigérant).

 

Schéma de principe du refroidissement d'une centrale nucléiare en circuit ouvert :

 Schéma de principe du refroidissement d'une centrale nucléiare en circuit ouvert

À chaque site, son propre dispositif

A la différence des réacteurs qui sont de conception standard, l'accès à la source froide varie selon les spécificités géographiques de chaque site. Elle comprend en général une prise d'eau qui mène à une station de pompage. Les dispositifs de pompage sont des installations de taille industrielle.

A la centrale de Cruas-Meysse (Ardèche) par exemple, il faut une voiture pour se rendre à l’entrée du canal d’amenée, lequel a été pensé à partir d’une étude hydrologique. Perpendiculaire à l’écoulement du Rhône, un « épi-déflecteur », une digue d’une soixantaine de mètres, protège l’entrée du canal en déviant le flux débris charriés par le fleuve. Cette prise d’eau mène à la station de pompage proprement dite.

Chaque réacteur dispose de deux stations de pompage - en cas de perte de la première station de pompage, la deuxième va prendre le relais – et de trois systèmes de filtration :

  • une drome flottante ou prégrille pour bloquer l’entrée des gros objets flottants tels que troncs ou des bidons. On y trouve également un barrage flottant prêt à être déployé en cas d’arrivée d’une nappe d’hydrocarbure ;
  • des grilles de pré-filtration pour arrêter les colmatants non stoppés par les dispositifs précédents ;
  • des filtres, à chaînes ou à tambour, situés en amont des pompes pour assurer la filtration fine.

 

​Protéger la source froide

Pour garantir la disponibilité permanente de la source froide, de nombreuses améliorations ont été apportées. Trois systèmes protègent ainsi la source froide contre les risques liées aux colmatants : tambours filtrants, dégrilleurs et drome flotante.

Drome flottante (à gauche), dégrilleur (au centre), tambour filtrant (à droite)Drôme flottante (à gauche), dégrilleur (au centre), tambour filtrant (à droite). Source : IRSN et EDF

 

Des améliorations suite à plusieurs incidents

Système anti-frasil à la centrale de Cruas (Ardèche)
Système anti-frasil à la centrale de Cruas (Ardèche) (Source : Noak/Le Bar/Floréal/IRSN) 

La prise en compte des agressions possibles et de leur impact sur la disponibilité de la source froide s’est faite progressivement au fil des années et des événements. « Lorsqu’un événement survient, c’est l’occasion d’un réexamen de fond de la sûreté », ajoute Patricia Dupuy, responsable du service d’évaluation des systèmes et des risques à l’IRSN.

Ainsi, sont apparus sur les radars de l’IRSN et d’EDF : la glace et le frasil après les très rigoureux hivers des années 1980, la sécheresse avec les canicules de 2003 et de 2006, l’ensablement et l’envasement suite à un événement à la centrale de Chinon B (Indre-et-Loire) en 2005 ou encore la présence d’algues à la centrale de Paluel (Seine-Maritime) en 2004 et 2005.

Le réexamen de sûreté des installations, qui a lieu tous les dix ans, est également l’occasion de soulever la question des agresseurs possibles et, si besoin, de retenir de nouveaux thèmes d’étude. 

 

Un risque de perte totale de la source froide

Dès les années 1980, des études probabilistes de sûreté menées par l’IRSN et EDF ont montré que la probabilité d’une perte totale de source froide n’était pas résiduelle. Un incident de ce type peut intervenir lorsque les deux voies d’approvisionnement en eau brute d’un réacteur sont simultanément indisponibles.

Il n'y avait à l'époque aucune parade spécifique pour gérer cette situation. À la demande de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN), des améliorations ont donc été mises en place. Elles consistent à utiliser l’eau froide stockée dans un grand réservoir de la centrale pour garantir l’intégrité du circuit primaire, en attendant la remise en état de la disponibilité de la source froide. Une procédure qui a été appliquée lors de l’événement de Cruas-Meysse (Ardèche) en décembre 2009.

 

Incident de Cruas de  2009 : une perte totale de source froide pendant 10 heures

En début de soirée du 1er décembre 2009, une cinquantaine de tonnes de végétaux s’accumulent sur les grilles de la station de pompage des réacteurs n°3 et n°4 de la centrale de Cruas-Meysse (Ardèche). Dès lors, une perte totale de source froide va affecter l’unité de production n°4 qui doit être mis à l'arrêt.

Le Plan d’urgence interne d’EDF est déclenché. Conformément aux procédures de conduite, l’exploitant utilise l’eau de deux grands réservoirs, le premier (bâche PTR) pour refroidir les systèmes importants pour la sûreté (IPS) et le second (bâche ASG) pour évacuer la puissance résiduelle du cœur du réacteur par une alimentation en eau des générateurs de vapeur.

Au niveau de la station de pompage de la centrale, des moyens mobiles interviennent pour retirer les végétaux du dégrilleur, le dispositif de filtrage qui était censé récupérer les feuilles, algues et mousses charriés par l’eau.

Tout rentre dans l’ordre au matin La perte totale de la source froide aura duré dix heures. L’incident sera classé au niveau 2 sur l’échelle internationale des événements nucléaires (Ines).

 

Prendre en compte le cumul d’agressions

Le cumul d’agressions différentes – comme une inondation charriant des éléments colmatants – constitue un autre sujet délicat. En effet, EDF a longtemps estimé certains cumuls trop improbables. C’est ce qui est ressorti d’une étude de 2005 sur les liens entre agressions externes et perte de source froide menée à l’occasion du réexamen de sûreté associé aux 3ème visites décennales des réacteurs nucléaires de 900 MWe.

« La suite d’événements affectant la disponibilité de la source froide en 2009 à Chooz, Blayais (Gironde), Cruas-Meysse, Tricastin (Drôme et Vaucluse) puis Fessenheim (Haut-Rhin) a ‘secoué’ EDF. Cela a accéléré la prise en compte de ce que nous suggérions”, constate Véronique Bertrand, chargée des aspects conception et évaluation des systèmes à l’Institut.

« Même si EDF a fait des efforts très importants ces dernières années pour protéger les sources froides, nous devons continuer à postuler qu’une perte peut arriver pour mieux nous y préparer. Il faut sans cesse anticiper et analyser de nouvelles situations. La nature a prouvé qu’elle peut avoir plus d’imagination que l’ingénieur », conclut Patricia Dupuy.

 

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