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Le SCK CEN garantit la sûreté de l’innovation nucléaire

L'installation du SCK CEN met des crayons combustibles à l’essai

SCK CEN - Highlights - Transiënt test (2021)

Le SCK CEN met des crayons combustibles nouvellement développés à l’essai depuis 1976. Ce type d’essai constitue la dernière étape du dossier de sûreté. L'année dernière, le centre de recherche a remplacé son installation et est désormais le seul en Europe à pouvoir exécuter ces tests. « Ce qui était censé être une copie de la version précédente est devenu une installation offrant davantage de possibilités et d'instruments de mesure », explique Brian Boer, le chef de projet.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

Une voiture heurte un lampadaire, se renverse ou entre en collision frontale. Aucun modèle de voiture ne peut être commercialisé sans passer un crash test. « Un crash test évalue l'impact d'un accident et donc, la sécurité. Le crash test pour les voitures peut être comparé au test transitoire pour les combustibles nucléaires », déclare Marc Verwerft, expert en combustible nucléaire au SCK CEN. Un test transitoire simule une augmentation soudaine de la puissance d'un réacteur. L'objectif est de mesurer l'augmentation de puissance provoquant la rupture de la gaine du combustible - la première barrière physique de l'uranium.

Les tests transitoires sont indispensables afin de garantir la sûreté des centrales nucléaires. Le réacteur de recherche BR2 du SCK CEN est le seul en Europe à pouvoir exécuter ces tests nécessaires. « Nous fournissons ce service depuis 1976, mais nous avons récemment mis en service une installation modernisée », explique M. Verwerft. Cette installation s'appelle la PWC7. PWC signifie Pressurized Water Capsule, le numéro précisant qu'il s'agit de la septième génération. « Ce qui était censé être une copie de la version précédente est devenu une installation offrant davantage de possibilités et d'instruments de mesure », explique Brian Boer, le chef de projet.

Nous fournissons ce service depuis 1976, mais nous avons récemment mis en service une installation modernisée.
Marc Verwerft
SCK CEN - Highlights - Transiënt test (2021)

La plus grande précision

L'instrumentation de mesure permet de cartographier davantage de paramètres. Quelle est la température de l'eau de la capsule dans laquelle les chercheurs ont placé le crayon combustible ? Quelle est la température de la gaine du combustible ? Comment le crayon se dilate-t-il pendant l'irradiation ? Le diamètre de la gaine change-t-il ? Quel flux de neutrons et de gammas mesurons-nous ? Quelle pression interne subit le crayon combustible ? Et tout cela avec la plus grande précision. Marc Verwerft explique : « Afin de confirmer cette précision répétitive, nous avons exécuté de nombreux tests de qualification au cours des deux dernières années : tant avec des crayons combustibles factices qu'avec de véritables crayons combustibles. L'installation rénovée répond à toutes les exigences les plus élevées en termes de qualité et de sûreté. Elle est donc prête pour l'étape suivante : le premier essai transitoire commercial. Il est prévu pour le second semestre de 2021. »

SCK CEN - Highlights - Transiënt test (2021)

Déroulement du test

Se pose alors la question suivante : comment se déroule un essai transitoire ? Comment le SCK CEN reproduit-il le « test transitoire » d'une centrale nucléaire commerciale ? Les crayons combustibles reçus par le centre de recherche ont déjà été irradiés durant plusieurs années dans des conditions normales. Les crayons combustibles d'une centrale commerciale se présentent sous la forme de tubes de quatre mètres de long dans lesquels l'uranium est empilé en pastilles de céramique - des tablettes cylindriques de 1 cm de haut environ. « Pour notre test transitoire, nous prélevons un échantillon d'un demi-mètre, le chargeons dans une capsule ‘PWC’ et le positionnons dans le cœur du réacteur du BR2 », explique Brian Boer.

Cette position a été calculée avec précision pour simuler un accident. Le réacteur fonctionne à faible puissance pendant une journée, après quoi les opérateurs du réacteur doublent la puissance en deux minutes seulement. Cette augmentation entraîne une hausse de la température du crayon test. La température extérieure demeure à la température normale de fonctionnement, mais au centre, la température double et dépasse largement les 2000 °C. L'augmentation de la température induit une dilatation du combustible et exerce une pression sur la gaine. « Constatons-nous une activité dans l'eau de la PWC ? Si la gaine se craquèle, le test est interrompu et les dommages sont examinés. Aucune activité ? Nous maintenons alors cette puissance pendant douze heures, puis nous examinons les dommages occasionnés au crayon. On peut, par exemple, songer à de petites fissures invisibles à l'œil nu. »

Les résultats de l'essai transitoire sont utilisés pour valider les codes informatiques. Ces codes peuvent ensuite être utilisés pour exécuter des dizaines ou des centaines de simulations. « Un essai transitoire permet de sonder les marges de sûreté du combustible et constitue la dernière étape d'un dossier de licence. Grâce à nos expériences, nous offrons à l'industrie la possibilité d'introduire des innovations en toute sécurité », conclut Brian Boer, le chef de projet.

Grâce à nos expériences, nous permettons à l'industrie
de mettre en œuvre des innovations en toute sécurité.
Brian Boer

Plus grande capacité

Au-delà du test transitoire nucléaire, la PWC7 peut être utilisée à d'autres fins. Premièrement, les clients peuvent faire vérifier le comportement des combustibles quand les centrales nucléaires répondent davantage à des pics et creux énergétiques et quand la production d'électricité fluctue plus fréquemment. Deuxièmement, ils peuvent faire tester les limites de combustion et, troisièmement, mettre de nouveaux matériaux au banc d'essai. Le SCK CEN réfléchit déjà à une PWC8 et une PWC9 pour accroître la capacité.

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