7. La cuve au coeur de toutes les attentions

Article publié dans la Revue Générale Nucléaire ÉTÉ 2023 #2

Dans une centrale nucléaire, beaucoup d’éléments peuvent être remplacés mais pas la cuve du réacteur. Cette dernière fait donc l’objet d’une attention particulière consistant à prévoir et à prévenir son vieillissement.

En France, il n’y a pas de limite de temps à l’exploitation des réacteurs. Des autorisations sont délivrées tous les dix ans par l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) après un réexamen approfondi de l’installation. Lors de ces visites décennales, de nombreux composants sont passés à la loupe. C’est notamment le cas de la cuve qui accueille le coeur du réacteur.

Le bombardement neutronique : source de vieillissement

La cause principale du vieillissement de la cuve d’un réacteur nucléaire a été identifiée dès la conception de cet équipement : il s’agit de l’irradiation neutronique qui réduit au cours du temps les caractéristiques de résistance de l’acier. Bien que les mécanismes physiques qui sont à l’origine du vieillissement sous irradiation soient complexes, ils peuvent être résumés de la façon suivante : l’irradiation neutronique crée des concentrations élevées de défauts ponctuels dans l’acier et une diffusion accélérée de ces défauts, ainsi que des espèces chimiques, solutés de l’alliage qui ont tendance à se regrouper en amas (ou ségrégations).

Ce sont ces évolutions microstructurales du matériau qui ont un effet durcissant et fragilisant sur l’acier. Ceci étant, il faut rappeler que l’acier non irradié présente à basse température un comportement dit fragile, et, à température plus élevée, un comportement ductile (capacité d’un matériau à se déformer sans rompre). L’effet principal de l’irradiation est donc d’étendre le domaine du comportement fragile vers les températures plus élevées. Ainsi, dans les études de mécanique, l’indicateur fondamental retenu pour la mesure du vieillissement de la cuve sous irradiation est le décalage de la température de transition ductile-fragile.

Maîtriser le vieillissement de la cuve

La maîtrise du vieillissement de la cuve s’appuie sur un certain nombre d’actions, de mesures, de dispositions qui sont ou seront mises en place afin de limiter le flux neutronique reçu par la cuve et de suivre, avec un temps d’avance, l’évolution des propriétés du matériau.

D’abord, les évolutions des modes de gestion du coeur ont contribué par le passé à réduire le flux neutronique reçu par la cuve. Ensuite, au fur et à mesure des quatrièmes visites décennales, le positionnement de grappes absorbantes (hafnium) en périphérie du coeur des tranches de 900 MW permettra de protéger les parois de la cuve.