Les Défis du CEA n°193H octobre 2014
Les Défis du CEA n°193H octobre 2014
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°193H de octobre 2014

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 52

  • Taille du fichier PDF : 10,3 Mo

  • Dans ce numéro : innover pour un nucléaire durable.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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nucléaire du futur Montage d’une section d’essais destinée aux études de magnétohydrodynamique. Montage d’une maquette de tuyauterie du circuit secondaire d’un RNR-Na pour des essais de systèmes de détection de fuite. Définir des options technologiques en rupture Après une relance des travaux de R&D en 2006 avec EDF et Areva, les études de conception d’Astrid ont commencé en 2010. Le CEA, maître d’ouvrage du programme, est aujourd’hui capable de dresser le portrait-robot de ce démonstrateur technologique de réacteur de quatrième génération qui pourrait voir le jour durant la décennie 2020-2030. P.F. Grosjean/CEA P.F. Grosjean/CEA « n réacteur doté des meilleurs standards de sûreté U du moment et capable d’optimiser la gestion des matières. » Telle est pour François Gauché, qui dirige les programmes de recherche dans ce domaine au CEA-DEN, la définition d’un réacteur de quatrième génération. « Sûreté maximum » parce qu’elle devra être au moins à la hauteur de celle de l’EPR et intégrer le retour d’expérience des évaluations de sûreté réalisées sur les centrales françaises, suite à l’accident de Fukushima. « Capacité d’optimisation », car cette technologie futuriste devra pouvoir tirer de la ressource disponible « cent fois plus d’énergie que ne le font les réacteurs actuellement déployés sur le parc nucléaire français ». Ce cahier des charges explique les principaux choix technologiques que les équipes du CEA-DEN ont opérés pour le projet Astrid, en partenariat avec des industriels. Ainsi, ce réacteur sera à « neutrons rapides » (RNR), parce que la physique impose que seul ce procédé puisse convertir en énergie jusqu’à plus de 80% de l’uranium naturel, tout en utilisant comme matières premières les énormes stocks d’uranium 238 constitués par l’exploitation du parc EDF durant des décennies, ainsi que le plutonium contenu dans les combustibles usés. Il sera également en « rupture technologique » pour que son niveau de sûreté dépasse celui de tous les autres RNR qui ont pu exister jusqu’ici, comme par exemple Phénix ou Superphénix. Enfin, il sera un réacteur de 600 MWe raccordé au réseau car, explique François Gauché, « son rôle sera de démontrer que les options techniques retenues pour Astrid sont extrapolables à une filière de réacteurs de production d’électricité, grâce à des progrès sur l’opérabilité du réacteur. » En exploitation commerciale, un réacteur du futur devra être disponible pour produire de l’énergie au moins 90% du temps. Dès lors, il s’agit de démontrer aux industriels que la technologie du RNR sodium est capable d’atteindre cet objectif par la mise au point progressive de procédures adaptées. Le sodium pour des neutrons rapides Les options technologiques et les principaux axes de recherches du projet peuvent se décliner selon un mode semblable. Ainsi, le choix des RNR fixerait de lui-même la nature du liquide caloporteur à utiliser pour refroidir le cœur du réacteur. Ne devant pas ralentir les neutrons, ce fluide ne peut être de l’eau comme dans les REP du parc EDF. D’autres critères comme la viscosité, la corrosivité ou les propriétés thermiques doivent être aussi considérés. Et au bout du compte, indique François Gauché  : « même si on peut employer du gaz, le meilleur choix possible est le sodium liquide porté à des températures de 200 à 550 °C. » Mais les défauts du sodium demandent à être corrigés, et ce, dès la conception du réacteur. Dans les réacteurs 12 Les défis du CEA Plus d’informations sur www.cea.fr
comme Superphénix, une vidange du sodium se traduisait, par exemple, par une hausse de la réactivité du cœur ; ce que les ingénieurs-chercheurs du CEA-DEN veulent maintenant éviter en développant pour Astrid un cœur à sûreté améliorée. Pour limiter les conséquences d’une mise en contact accidentelle de ce métal liquide avec l’eau, ils envisagent également de remplacer le générateur de vapeur servant à produire de l’électricité par un circuit et une turbine fonctionnant à l’azote pressurisé. Enfin, les risques d’incendie, liés à une fuite de sodium dans le bâtiment, seront limités par les progrès sur la détection de fuite ainsi que par le casematage ou l’inertage des locaux les plus exposés. Des capteurs ultrasonores hautes températures (voir encadré) ou des robots résistant aux fortes chaleurs devront aussi être employés lors des opérations d’inspection qui sont plus compliquées dans un RNR sodium, puisque le sodium est naturellement opaque. Des ultrasons pour percer l’opacité du sodium Poursuivre l’innovation Une telle présentation des faits ne signifie pas que toutes les options techniques sont déjà décidées. L’important est de donner la priorité à l’innovation et un effort important de R&D reste nécessaire, en soutien aux études d’ingénierie cofinancées par le CEA et les partenaires industriels. Cet état des lieux ne préjuge pas non plus de la date à laquelle les premières centrales de quatrième génération arriveront sur le marché, puisque le projet Astrid n’a pas une vocation commerciale. Il vise simplement « à préparer le futur et faire en sorte qu’une filière de IV e génération soit disponible à partir de 2040 ». Pour ce faire, il devra, à cette date, avoir accumulé une quinzaine d’années d’exploitation tout en ayant pu réaliser une série d’expériences visant à démontrer ses capacités  : essais d’opérabilité, tests de vieillissement des matériaux, tests de transmutation, etc. ● Parmi les innovations autour du projet Astrid, le développement d’une instrumentation permettant la visualisation sous sodium constitue un enjeu majeur. L’objectif étant d’améliorer la démonstration des capacités d’inspection et de surveillance. Comment voir à travers le sodium chaud, milieu opaque à l’aspect d’aluminium fondu ? À partir du retour d’expérience des RNR ayant déjà fonctionné dans le monde, une équipe du CEA-DEN, en collaboration avec le CEA-List 1, a développé deux techniques de contrôle non destructif par ultrasons. Celles-ci utilisent des traducteurs• électromagnétiques et piézoélectriques immergés en sodium, tel que l’explique Olivier Gastaldi, chef de projet 2 au CEA-DEN  : « Ils émettent des ultrasons et enregistrent les échos qui leur reviennent. Les données sont ensuite analysées par des algorithmes de traitement du signal pour générer une image permettant de visualiser en 3D l’objet ou la surface rencontrés, détecter d’éventuelles fissures ou encore identifier un assemblage de combustible dans le cœur. » Une prouesse au regard des contraintes propres à un réacteur  : températures élevées (200 à 600 °C selon l’application), irradiations, compatibilité chimique des matériaux avec le sodium. Une fois ces techniques développées, elles ont été testées dans l’eau qui présente des similitudes avec le sodium en terme de transfert d’ondes ultrasonores. Elles ont ensuite été vérifiées sous sodium. À présent, les scientifiques innovent sur des systèmes autorisant une déviation électronique du faisceau des ultrasons. En effet, pour qu’un objet soit vu par un traducteur monoélément, il faut qu’il soit dans l’axe de diffusion de celui-ci, ce qui est limitant pour l’obtention d’une image. En parallèle, le développement des algorithmes pour traiter l’information se poursuit pour reconstituer de façon optimale l’image attendue. P.F. Grosjean/CEA y Expérimentation en boîte à gants sodium.• Traducteurs  : dispositif convertissant un signal physique en un signal mécanique. Notes  : 1. Institut de CEA Tech, spécialiste des systèmes interactifs, systèmes embarqués, capteurs et traitement du signal. 2. Projet Technologies sodium. Octobre 2014 Hors-série 13



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