Etude expérimentale des effets chimiques sur le colmatage d’un filtre en solutions tamponnées
Coralie ALVAREZ a soutenu sa thèse le 19 janvier 2023 à Aix-en-Provence.
Jury
Béatrice BISCANS, Rapportrice, Directeur de recherche, Université de Toulouse III (LGC)
Grégory LEFEVRE, Rapporteur, Directeur de recherche, Chimie ParisTech
Nicolas ROCHE, Examinateur, Professeur, Université d’Aix-Marseille (CEREGE)
Dominique THOMAS, Examinateur, Professeur, Université de Lorraine (LRGP)
Laurent CANTREL, Examinateur, Tuteur IRSN, Chef du L2EC, IRSN Cadarache
Marie-Odile SIMONNOT, Directrice de thèse, Professeur, Université de Lorraine (LRGP)
William LE SAUX, Invité, Tuteur IRSN, Ingénieur de recherche, IRSN Cadarache
Résumé
En cas d’Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) sur un réacteur à eau sous pression, des débris sont générés et peuvent être transportés jusqu’aux filtres RIS-EAS des puisards situés au fond de l’enceinte de confinement. Ces débris peuvent contribuer au colmatage physique, et potentiellement chimique, de ces filtres. Cette contribution chimique reste difficile à appréhender. L’objectif de cette recherche est d’étudier la nature des effets chimiques et leur ampleur afin de déterminer les seuils critiques en concentration d’espèces au-delà desquels la contribution chimique est avérée. Une méthodologie expérimentale a été développée en considérant deux échelles : à petite échelle en réacteur fermé (~1 L) et à moyenne échelle en conditions dynamiques (~140 L) dans une boucle expérimentale dédiée. A petite échelle, le travail s’est focalisé sur la nature des effets chimique dans une solution tampon H3BO3/NaOH et en présence de calcium, de silicium et de zinc libérés par la dissolution partielle des fibres minérales, de particules de béton et par la corrosion/érosion des surfaces métalliques. Les résultats montrent la formation de précipités amorphes : silice, borates de calcium, borosilicates et silicate de zinc. La précipitation dépend de la température, les masses les plus élevées étant obtenues entre 50 °C et 60 °C. La comparaison entre les données expérimentales et celles calculées avec le logiciel CHESS indique une bonne cohérence globale en termes de tendance. Ces essais ont été complétés par des essais à moyenne échelle, dans une boucle de recirculation, dans laquelle un inventaire des débris a été injecté en respectant au mieux un facteur d’échelle. Les résultats indiquent que la perte de charge maximale liée aux phénomènes physiques s’élève à ~2 kPa. Une augmentation de la perte de charge est observée par la suite à une température proche de 60 °C ; elle est attribuée à des phénomènes chimiques et est confirmée par les images MEB. Le passage à une température de 40 °C contribue à une légère augmentation de la perte de charge associée, une nouvelle fois, à des effets chimiques. Ce travail démontre l’importance de considérer le colmatage chimique dans ce contexte.