4/6 – Effet de préchargement à chaud sur la ténacité de l’acier de cuve de réacteur à eau pressurisée 16MND5 fortement irradié

L’évaluation de l’intégrité -structurelle des cuves des réacteurs à eau sous pression (Reactor Pressure Vessel – RPV) nécessite le suivi de l’évolution de la température de transition ductile-fragile (TDF) de l’acier utilisé et ce, en fonction de l’irradiation neutronique (ou fluence).

L’augmentation de cette température de transition est évaluée dans les programmes de surveillance [1] grâce à des tests de résilience sur des éprouvettes de type Charpy. Des essais de ténacité sur éprouvettes préfissurées sont menés en parallèle, pour évaluer l’évolution de la ténacité avec la température en fonction des niveaux de fluence. L’exigence selon laquelle, dans toutes les situations et pour une fissure détectée ou postulée, le facteur K d’intensité de contrainte doit être inférieur à la ténacité des matériaux à la température considérée peut alors être vérifiée pour un niveau donné d’irradiation. Cependant, dans des situations particulières où les chargements et la température varient simultanément, cette exigence peut être considérée comme trop conservative car ne tenant pas compte de l’effet de la précontrainte à chaud (Warm Pre-Stressed – WPS). L’effet WPS correspond à l’absence de propagation fragile de fissure après préchargement si la charge est maintenue constante ou diminue lorsque la température diminue, même si la ténacité du matériau vierge est dépassée (Figure 1). Plus précisément, lorsqu’une fissure est chargée à un facteur d’intensité de contrainte Kwps à une température, l’absence de propagation de fissure est observée pour K (T < Twps) < Kwps. Cet effet a été largement étudié, principalement sur les aciers ferritiques (voir par exemple [2]), et il a été montré récemment qu’il était vérifié dans diverses conditions (front de fissure complexe [3], chargement biaxial [4]). Dans le cadre de l’extension de la durée d’exploitation des réacteurs, ce type de transitoire thermomécanique peut devenir pertinent dans le cas d’un accident de perte de réfrigérant primaire (APRP), dans lequel une cuve irradiée est soumise à un chargement mécanique alors que la température diminue [5].

Les résultats expérimentaux de ténacité effective après préchargement à chaud sur l’acier de cuve irradié sont encore rares [6]. Par conséquent, pour une intégration potentielle de l’effet WPS dans les réglementations françaises, des confirmations expérimentales supplémentaires pour l’acier de cuve irradié sont encore nécessaires, en particulier pour des niveaux élevés de la fluence neutronique.