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L'installation expérimentale Pearl

Installation expérimentale Pearl : Evaluer l’efficacité de la réinjection d’eau dans un cœur de réacteur

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La réinjection d’eau dans un cœur de réacteur dégradé au cours d’un accident, c’est ce que l’installation Pearl expérimente dans les circonstances les plus authentiques possible. Les résultats de ces recherches contribueront à améliorer la sûreté nucléaire en cas d’accidents graves comme celui de Fukushima.

Le renoyage ? Une action d’urgence prévue en cas d’accident grave qui consiste à injecter de l’eau dans un cœur de réacteur dégradé, de façon à refroidir ce dernier et stopper la progression de l’accident. « Les événements comme celui de Fukushima montrent que les exploitants ont tendance à privilégier cette technique efficace », explique Gilles Greffier, responsable d’une équipe travaillant dans l’analyse des accidents graves à EDF et partie prenante du programme. « Il convient toutefois d’en évaluer l’efficacité comme les inconvénients ».

Ce besoin d’évaluation a donné naissance au programme Pearl (Programme expérimental analytique sur le renoyage de lits de débris) et à son installation éponyme, située à Cadarache (Bouches-du-Rhône). Les premières expériences in situ débuteront fin 2013. « Pearl vise à reproduire un renoyage dans des conditions représentatives d’un accident nucléaire, de façon à mieux comprendre la phénoménologie de l’écoulement de l’eau et de la vapeur formée au sein du réacteur », précise Georges Repetto, chef de projet chargé d’études et de recherches expérimentales à l’IRSN.

En effet, s’il permet de circonscrire l’accident, le renoyage transforme en contrepartie le cœur du réacteur en gigantesque "cocotte-minute" : « Confrontée à de très hautes températures, l’eau injectée passe rapidement et en grande quantité à l’état de vapeur, ce qui accroît la pression dans le réacteur et entraîne la formation d’hydrogène susceptible de provoquer des explosions, comme cela s’est produit au Japon », poursuit-il. L’enjeu du programme est donc de développer la modélisation des mécanismes physiques en jeu. « L’objectif final est de déterminer les conditions idéales pour un apport en eau de refroidissement, à la fois efficace et sécurisé, de façon à renforcer les stratégies de conduite en cas d’accident », souligne Andréas Schumm, chef de projet en R&D à EDF.

 

Des tests tridimensionnels au plus proche du réel

Lancé en 2007, le programme a débuté par une phase d’essais de qualification sur une installation de taille réduite (Prelude) et a permis de valider les options technologiques (faisabilité d’un chauffage par induction, tests de qualification de l’instrumentation, résultats d’essais à pression atmosphérique…). 

La seconde étape, initiée en 2012, est le passage au dispositif Pearl. Il est conçu pour être le plus représentatif d’un vrai cœur de réacteur dégradé : « Plus proche de l’échelle réacteur, l’installation se compose d’un cylindre de 50 cm de diamètre et de 50 cm de hauteur, dans lequel sont positionnés 500 kg de billes d’acier de diamètres variables (entre 2 et 8 mm). Ces billes joueront le rôle du lit de débris, cet amas de matériaux (combustibles, structures…) qui se forme dans la cuve lors de la dégradation du cœur et qui freine l’écoulement de l’eau et le passage de la vapeur », synthétise Georges Repetto. Les essais menés à haute température (jusqu’à 900°C) et à forte pression (10 bar) pourront ainsi identifier les éléments clés du processus du renoyage.

Les résultats obtenus serviront notamment à valider le code de calcul Icare2, module de dégradation du logiciel européen Astec, développé par l’Institut. Ils ont été conçus pour simuler les phénomènes durant un accident grave. « EDF transposera les résultats à ses propres outils de modélisation, intégrant les spécificités du parc d’EDF », complète Andréas Schumm.

 

Une mise en commun des résultats

Cofinancée par EDF et la Commission européenne via le réseau Sarnet, l’installation Pearl est la propriété de l’IRSN, et s’inscrit dans une démarche de développement de ses propres outils de R&D. Des programmes en partenariat et utilisant cette installation ont été proposés par l’Institut dans un cadre de l’appel à projet investissements d’avenir – recherche en matière de sûreté nucléaire et radioprotection, comme dans le cadre de l’association européenne Nugenia qui va prendre le relais du réseau Sarnet. Chacun des partenaires de ces programmes pourra disposer des résultats et effectuer des calculs en fonction de ses objectifs.

Autre possibilité du dispositif : programmer des essais dans des conditions hors normes, à l’instar de celles rencontrées à Fukushima. « Pour réagir au plus vite, les Japonais ont dans un premier temps dû réinjecter de l’eau de mer pour refroidir le cœur », rappelle Georges Repetto. « Pearl peut par exemple s’intéresser à l’impact du sel sur le lit de débris et étudier dans quelle mesure celui-ci bouche les passages et perturbe la distribution du flux d’eau. »

(Dernière mise à jour : Mars 2013)