Le projet Raphael
Le contexte
Raphael - ReActor for Process heat, Hydrogen And ELectricity generation – est un projet de coopération internationale du 6e PCRD de la Commission européenne auquel participe l’IRSN. Poursuivant les travaux entamés par plusieurs projets moins importants soutenus par l'UE depuis 1998, le projet Raphael a débuté le 15 avril 2005 pour quatre ans. Il avait pour objet de réaliser des actions de recherche et développement en support à la conception d’un système innovant de fission nucléaire pour la prochaine génération IV de réacteurs nucléaires, le réacteur à très haute température (VHTR, Very High Temperature Reactor). La technologie VHTR, concept évolutionnaire de la technologie HTR, permettrait de produire non seulement de l’électricité mais aussi de la chaleur industrielle et de l’hydrogène, sans émission de CO2. Il pourrait servir à l’industrie chimique, au dessalement de l’eau de mer ou encore au chauffage urbain.
Coordonné par Areva NP, le projet a rassemblé trente cinq organismes, issus de dix pays européens, impliqués dans les réacteurs à haute température : industriels, exploitants, universités, organismes de recherche.
Les objectifs
Les principaux objectifs du projet Raphael étaient de :
- Fournir les éléments nécessaires à la vérification et la validation des outils et des modèles de calculs.
- Évaluer le comportement et la performance du combustible (combustible particulaire de type Triso (TRistructural ISOtropic) comprenant un noyau et des matériaux d’enrobage) en fonctionnement normal et en situation accidentelle à des températures allant au-delà de 1600 °C.
- Analyser le comportement du combustible usé en conditions d’entreposage.
- Développer des technologies innovantes pour les composants du système, en particulier en explorant les interfaces avec la production d’hydrogène ou l’exploitation de la chaleur.
- Élaborer une approche de sûreté nucléaire acceptable.
- Intégrer tous les résultats afin de fournir des évaluations préalables des concepts de centrales VHTR couplés à des procédés de production d’hydrogène.
- Promouvoir la technologie HTR/VHTR comme principale option pour assurer dans le futur l’approvisionnement énergétique durable de l’Europe et organiser des actions pédagogiques pour promouvoir les emplois dans ce domaine.
L’organisation du projet
Le projet était divisé en huit sous-projets : physique des cœurs HTR et thermodynamique, technologie du combustible, aval du cycle du combustible, développement de matériaux, développement des composants, sûreté, intégration du système et gestion du projet.
L’IRSN s'est impliqué dans quatre thématiques :
- L’évolution du combustible Triso sous irradiation en termes de composition isotopique - utilisation de codes de calculs de neutronique et comparaison à des résultats expérimentaux déduits d’irradiations de boulets de particules dans le réacteur HFR à Petten (Pays-Bas).
- La modélisation du comportement du combustible sous irradiation sur la base des résultats expérimentaux ci-dessus.
- La modélisation thermohydraulique de circuit en hélium - utilisation du code Cathare-Gaz dans le cadre du « benchmark » sur la base de transitoires menés sur la boucle HE-FUS3 (ENEA, Italie).
- Une revue sur le comportement de produits de fission dans le circuit primaire d’un VHTR (formes chimiques, transport, dépôt et interaction avec des poussières) et l’analyse des formes chimiques des produits de fission dans le graphite.
Pour l’essentiel, l’IRSN était impliqué dans des thématiques pertinentes pour d’autres concepts de réacteurs, par exemple les réacteurs à neutrons rapides refroidis à gaz.
Par ailleurs, l’IRSN a participé aux trois réunions du Safety Advisory Group créé pour appuyer les acteurs du projet Raphael dans les orientations à retenir : le SAG rassemble un certain nombre d’experts dont certains font partie d’autorités de sûreté ou d’appui à des autorités de sûreté (IRSN, US NRC, NNR en Afrique du Sud, ...).
Les résultats et perspectives
La majorité des actions du projet Raphael se sont terminées en 2010, un délai supplémentaire d’un an ayant été accordé à tous les sous-projets sauf un, compte tenu de retard dans la disponibilité de résultats expérimentaux.
Prenant la suite de Raphael, le projet européen Europairs (End-User Requirements fOr industrial Process heat Application with Innovative nuclear Reactors for Sustainable energy supply), achevé fin 2011, avait pour objectif de définir le cahier des charges et le programme de développement d’un démonstrateur VHTR couplé à un procédé industriel. Cette étape avait été définie dans la plateforme SNE-TP et a contribué à la poursuite des recherches sur la filière VHTR. L’IRSN avait postulé pour participer à certaines actions de ce nouveau projet.
Le projet Raphael a été l’occasion pour l’IRSN d’expérimenter dans le cas du combustible HTR des modèles de comportement des produits de fissions développés pour les REP. Il a permis également de faire le point sur les données disponibles concernant le comportement des produits de fission dans le circuit primaire. Ces études se sont également fondées sur la comparaison des résultats de l’essai d’irradiation HFR-EU1 réalisé dans le réacteur HFR de Petten avec des simulations numériques (outil MFPR et base Mephista). Les résultats sur ce point sont encourageants quant à l’utilisation des modèles REP, mais de nombreuses données physiques restent à acquérir : l’IRSN a émis des propositions à cet égard en vue de futures irradiations expérimentales. Le projet Raphael a également mis en évidence le manque de données précises concernant la diffusion de certains radionucléides au travers l’enveloppe du combustible HTR.
Concernant les calculs d’évolution du combustible, les résultats restent encore relativement dispersés. Le projet Archer donne l’occasion de progresser dans ce domaine.
Enfin, les discussions relatives à l’approche de sûreté ont permis d’appréhender, au contact des experts étrangers, les spécificités du concept telles que l’examen de l’efficacité des systèmes passifs ou encore la gestion du confinement.
Début : 15 avril 2005
Durée : 48 mois
Budget total : > 19 millions d’euros
Financement Euratom : 9 millions d’euros
Service d'évaluation des réacteurs refroidis au gaz, à neutrons rapides, d'expérimentation (Segre)
Service d'études de criticité (Sec)
Service d'étude et de modélisation de l’incendie, du corium et du confinement (Semic)