Le SCK CEN double sa capacité d’essai de combustibles
Le centre de recherche nucléaire belge a installé une deuxième installation PWC dans le BR2
Le centre de recherche nucléaire SCK CEN a mis en service une deuxième installation PWC. Cette installation lui permet de doubler sa capacité à tester des crayons combustibles qui viennent d'être développés. « En termes techniques, on parle de test transitoire. Nous simulons une augmentation soudaine de la puissance d'un réacteur et vérifions à partir de quel niveau la gaine – la première barrière physique du combustible d'uranium – cède », explique Brian Boer, chef de projet. Au cours du dernier cycle du réacteur, cette capacité doublée a été immédiatement exploitée. « Nous avons effectué deux tests transitoires consécutifs. »
Une voiture qui percute un lampadaire, se renverse ou entre en collision frontale. Aucun modèle de voiture ne peut être commercialisé sans avoir passé avec succès un crash test. « Un crash test évalue l'impact d'un accident et donc la sûreté. Le crash test est à la voiture ce que le test transitoire est aux combustibles nucléaires», explique Brian Boer, expert en combustibles nucléaires au SCK CEN. Ces tests sont indispensables pour garantir la sûreté des centrales nucléaires. Ils évaluent les marges de sécurité des (nouveaux) combustibles nucléaires et constituent la dernière étape d'un dossier de licence. « En Europe, nous sommes les seuls à pouvoir effectuer ces tests indispensables », poursuit-il. L'offre est donc limitée, mais la demande reste forte.
Le secteur peut se réjouir, car cette deuxième installation permettra d'augmenter la capacité de test. « Lorsque nous avons installé notre PWC-7 en 2020, nous avons immédiatement constaté un besoin croissant de capacités de test supplémentaires. À l'époque, nous parlions déjà de construire une copie identique », raconte Miquel Torres, collègue et responsable des opérations PWC. Et maintenant, cette copie est officiellement mise en service, car elle vient de passer son premier test transitoire. La nouvelle installation répond au nom de « PWC-8 ». PWC signifie « Pressurized Water Capsule » (capsule à eau pressurisée), le chiffre indiquant qu'il s'agit de la huitième génération.
Sûreté des tests
Avec ces deux installations, le SCK CEN double non seulement sa capacité, mais le centre de recherche nucléaire peut également planifier plus rapidement de nouveaux tests après la défaillance d'une aiguille combustible. Miquel Torres explique : « Si la gaine est défectueuse, nous détectons une activité dans l'eau de l'installation PWC. Les produits de fission libérés sont collectés de manière propre et sûre. Avant de lancer un nouveau test, nous devons nettoyer soigneusement la capsule et son circuit d'eau à l'extérieur du cœur. Ce processus de nettoyage prend du temps, car il ne doit rester aucune trace de contamination provenant de l'expérience précédente. Nous évitons ainsi que des traces de produits de fission antérieurs puissent influencer les résultats d'un test ultérieur. Grâce à cette deuxième installation PWC, nous disposons déjà d'une capsule « propre », ce qui nous permet de poursuivre immédiatement les tests prévus. Et ce, pendant que l'autre capsule « sale » est nettoyée et préparée. Cela permet aux fabricants de combustibles nucléaires d'avoir une plus grande certitude quant à leur planning de tests. »
Déroulement d’un test transitoire
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 un essai transitoire, un échantillon d'environ un demi-mètre est suffisant. Le centre de recherche nucléaire SCK CEN le charge ensuite dans la capsule à eau (PWC) et le positionne dans le cœur du réacteur de recherche BR2. Le réacteur fonctionne à faible puissance pendant une journée, après quoi les pilotes 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. En raison de l'augmentation de la température, le combustible se dilate et exerce une pression sur la gaine.
« Constatons-nous une activité dans l'eau de la PWC ? Dans ce cas, la gaine a craqué et le test est interrompu afin que les dommages puissent être examinés dans nos laboratoires LHMA. Aucune activité ? Nous maintenons alors cette puissance pendant douze heures, puis nous examinons les dommages occasionnés au crayon. Pensez par exemple à de petites fissures invisibles à l'œil nu », précise Brian Boer. Les résultats du test transitoire sont utilisés pour valider les codes informatiques. Ces codes peuvent ensuite être utilisés pour exécuter des dizaines ou des centaines de simulations. Ces connaissances permettent aux fabricants de combustibles nucléaires de fixer des limites de sûreté pour l'exploitation des réacteurs commerciaux et d'introduire des innovations en toute sécurité.
