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Vieillissement des centrales nucléaires

R&D : améliorer les connaissances et les outils d'expertise

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La recherche de l’IRSN soutient son expertise en sûreté. Plusieurs programmes ont été engagés pour approfondir la connaissance des mécanismes de vieillissement, leur évolution et leurs conséquences. Des logiciels de simulation des contrôles ont également été développés, lesquels ont fait l’objet de plusieurs brevets.

L’IRSN n’a pas attendu que soit posée la question d’une prolongation de la durée de vie des centrales pour mener des recherches sur leur vieillissement. Il a engagé ces dernières années des travaux sur les phénomènes impactant la tenue en service des réacteurs.

« L’accent est mis sur la compréhension des mécanismes clés de dégradation des matériaux et structures des composants non remplaçables », explique Bernard Chaumont, spécialiste en sûreté à l’IRSN.

Les priorités de recherche de l’IRSN portent sur :

le comportement des matériaux et composants métalliques, à commencer par l’acier des cuves sous irradiation ;

le vieillissement des enceintes de confinement et des gaines de câbles électriques et le développement des méthodes d’examens non destructifs (END) ;

la mise en place de collaborations avec le monde académique, en plus des coopérations avec les acteurs nationaux et internationaux du nucléaire.

« Pour la cuve et l’enceinte par exemple, pour lesquels l’état des connaissances reste incomplet, l’objectif est de mieux détecter l’apparition de défauts et de maîtriser les conditions de leur développement dans le temps, à l’échelle microscopique et macroscopique », ajoute Bernard Chaumont.

 

Disposer de modèles prédictifs

Comme le rappelle Georges Nahas, expert en génie civil à l’IRSN, « les enceintes sont auscultés en permanence depuis leur construction. Avec le temps, ils peuvent subir des déformations de structure et les effets de ‘maladies’ du béton encore mal connues, bien que capables d’engendrer à terme des fissures. »

Des thèses initiées en 2011-2012 avec l’École normale supérieure de Cachan et l’Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (IFSTTAR) sur ces sujets débouchent sur des résultats déjà valorisables dans le cadre de la démonstration de sûreté.

L’IRSN travaille avec ces mêmes partenaires à la mise en place d’un Observatoire de durabilité des ouvrages en béton armé (Odoba), pour approfondir l’étude de ces phénomènes. Il participe au développement de maquettes permettant de valider le changement d’échelle, de l’éprouvette à l’ouvrage réel, tel le projet VeRCoRS, en cours de construction par EDF. 

Autant de pistes pour disposer de modèles prédictifs, en vue d’établir un pronostic de durée de vie dans le cadre de l’expertise de sûreté.

  

Contrôler les matériaux sans les détruire

En pointe dans le domaine des examens non destructifs (END) des structures métalliques, les experts de l’Institut développent de logiciels de simulation des contrôles. Un savoir-faire qui a fait l’objet de plusieurs brevets.

Les END sont très utilisés pour détecter et dimensionner d’éventuels défauts sur les gros composants des circuits primaires et secondaires – cuve, générateurs de vapeur, tuyauteries… –, susceptibles d’apparaître puis d’évoluer durant l’exploitation.

En présence de composants de forme complexe, comme des coudes de tuyauteries, ou de matériaux métalliques à structure inhomogène, les performances de ces contrôles peuvent être diminuées. Afin de pallier cette difficulté, l’IRSN a mis au point avec le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) des capteurs souples, qui s’adaptent « intelligemment » à la forme des pièces.

L’Institut collabore également avec l’autorité de sûreté américaine Nuclear Regulatory Commission (NRC), sur les matériaux hétérogènes, pour développer des modèles de simulation permettant d’estimer les performances des examens par ultrasons, par radiographie ou par courants de Foucault. Ces derniers qui reposent sur un contrôle par un champ magnétique sont couramment utilisés en appui aux expertises réalisées pour les autorités de sûreté.

 Comment situer et dimensionner un défaut dans une paroi épaisse en acier ?

 

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