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Risques de rejet radioactif lors de transports routiers

Annexe : Etudes de l'IRSN sur les performances du colis FS 47

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Etudes mécaniques

Concernant la résistance mécanique des colis, la réglementation prévoit différentes épreuves selon le type de colis. Pour les colis utilisés pour le transport terrestre ou maritime d’oxyde de plutonium, il s’agit essentiellement d’une chute libre d’une hauteur de 9 mètres sur une cible plane indéformable. La vitesse d’impact est de l’ordre de 13 m/s ou 50 km/h, mais le choix d’une cible indéformable assure d’importantes marges de sécurité ; dans un cas réel, la cible et les éléments environnant le colis (châssis, surconteneur, plate-forme du véhicule) ne sont pas indéformables et l’impact cause d’autant moins de dommages au colis que la rigidité de la cible est faible.

L’IRSN a réalisé une étude numérique pour simuler le comportement mécanique des colis FS 47 utilisés pour le transport d’oxyde de plutonium lors d’accidents choisis parmi les plus graves pouvant se produire lors d’un transport. Trois types de cibles ont été considérées : différentes structures métalliques, une structure en béton armé et un colis du même type.

Dans les cas de chute sur une structure métallique (palée de grue, fond de navire, flanc de navire), les dégâts causés à l’emballage FS 47 n’affecteraient pas son étanchéité, même dans le cas d’une chute d’une hauteur de 19 mètres sur le fond d’un navire (vitesse d’impact de l’ordre de 70 km/h). Par contre, le râtelier, dans lequel les emballages FS 47 sont disposés pendant leur transport, se comporterait comme un amortisseur et serait fortement déformé.

Des simulations ont été effectuées pour différentes configurations de chute d’un colis FS 47 sur une structure en béton armé représentative d’un quai de chargement de navire, d’une hauteur de 8 mètres. Les résultats obtenus montrent que les dommages causés à l’emballage n’affecteraient pas son étanchéité, mais que le colis endommagerait la dalle de revêtement du quai en pénétrant de 200 mm dans celle-ci. De plus, il a été déterminé par calcul que, pour une hauteur de chute de 50 mètres, l’endommagement du colis serait comparable à celui résultant d’une chute de 9 mètres sur une cible indéformable.

Les simulations de l’impact d’un colis FS 47 en position verticale ou inclinée sur un autre colis FS 47 en position verticale montrent que le capot amortisseur et le râtelier du colis cible seraient fortement endommagés. Dans la première configuration, la partie supérieure du couvercle de l’emballage FS 47 cible resterait intègre pour une hauteur de chute de 16 mètres ; pour la deuxième configuration, le système de fermeture n’est fortement sollicité qu’à partir d’une hauteur de chute de 10 mètres.


Études thermiques

Le colis FS 47 a fait l’objet d’études expérimentales et numériques concernant son comportement dans des conditions de feu plus sévères que celles prévues par la réglementation (feu totalement enveloppant à 800 °C pendant 30 minutes).

Ainsi, un essai de feu a été mené en novembre 1993 sur un spécimen en vraie grandeur, instrumenté de thermocouples. L’essai a été réalisé avec du fioul domestique pour obtenir une température de 800 °C et a duré 3 heures 25 minutes. L’expertise a montré que l’étanchéité de l’emballage était conservée à l’issue de l’essai. La réalisation de cet essai avait été décidée dans le cadre des études préalables au transport d’oxyde de plutonium vers le Japon en 1992 pour répondre aux questions posées quant à la tenue du colis FS 47 en cas d’incendie de longue durée à bord d’un navire.

Par la suite, l’IRSN a mis au point un code de calcul dénommé THERMX-PROTEE permettant de simuler le comportement des matériaux de protection à base de plâtre et les transferts d’énergie au sein de ces matériaux par vaporisation de l’eau présente initialement dans le plâtre et recondensation sur des parties plus froides. Ce code a été validé à l’aide de différents résultats expérimentaux, notamment ceux de l’essai de feu de 3 heures 25 minutes cité ci-dessus.

Des calculs ont été menés en vue de déterminer les durées de maintien de l’étanchéité de l’emballage FS 47 en cas d’incendie sur la base d’une température limite applicable au type de joint d’étanchéité équipant l’enveloppe de confinement du colis (la plus externe des quatre barrières de confinement de l’oxyde de plutonium). Selon la nuance du matériau du joint, EPDM (pour assurer une tenue aux basses températures à partir de – 40 °C et jusqu’à 180 °C en pointe) ou Viton (pour une tenue à partir de – 27 °C et jusqu’à 250 °C), les durées évaluées de maintien du confinement en cas d’incendie à 800 °C sont respectivement 5 heures 30 minutes et près de 10 heures (pour un feu à 1000 °C, respectivement 4 heures et 7 heures).

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Références :
1- Rapport Scientifique et Technique IRSN, 2002, Simulations du comportement mécanique de colis de transport de matières radioactives en cas de chutes sur cibles réelles. Vallée, Piot, pages 102 à 108.

2- Numerical study of the thermal behaviour of packages subjected to fires of long duration. Chalon, Héritier, Duret, PATRAM’98 Paris, pages 1773 à 1780.