Le projet et son organisation

Quelques rappels préalables

Le cas des REP

Les réacteurs à eau pressurisée (REP) ou bouillante (REB) constituent l'essentiel du parc nucléaire français. Deux circuits d'eau fermés (primaires et secondaires) et un circuit d'eau ouvert (circuit de refroidissement) sont nécessaires au fonctionnement d'un REP.

Ainsi, l'énergie issue de la réaction exothermique produite par la fission du combustible nucléaire situé dans le cœur du réacteur sert à vaporiser de l'eau à l'aide d'une source de chaleur (barreaux contenant les matériaux radioactifs) qui entraînera les turbines. Ces dernières feront tourner les pâles d'un alternateur, lequel produira de l'électricité. Enfin, la vaporisation de l'eau se fait au sein des générateurs de vapeur. 

Dans le cas où les barreaux se mettraient à chauffer anormalement plusieurs dispositifs sont prévus notamment l’ouverture de la vanne du condenseur. En effet cela  permet d’évacuer l’air chaud sous haute pression vers les cuves remplies d’eau du condenseur et qui à leurs tours transmettront l’eau froide vers la cuve du réacteur. Une deuxième solution en complément de la première, est de baigner la cuve du réacteur dans de l’eau et de la mettre en mouvement afin d’extraire et d’évacuer la chaleur. C’est sur ce sujet que repose notre étude.

 

Comment cela fonctionne-t-il ?

L’idée est de regarder dans le cas d’accidents nucléaires type Fukushima où se trouve une surchauffe importante des réservoirs des réacteurs.

Il est prévu de faire un arrosage extérieur pour refroidir par convection le réservoir par l’extérieur (ce qui n’a pas été fait à temps à Fukushima car les personnes en charge voulaient préserver la centrale un maximum de temps ; d’où une certaine hésitation à mettre de l’eau de mer au départ car cela compromettait l’existence de la centrale). A cause de ce retard, la température a commencé à augmenter et son état a atteint un point d’irréversibilité avec des dégagements d’hydrogène et des conséquences plus importantes par la suite.

Il faut donc réfléchir à la manière la plus efficace pour asperger de l’eau par un circuit extérieur autour de l’enveloppe du réacteur nucléaire pour refroidir au maximum à l’intérieur du réacteur (on regarde la fusion du cœur par exemple (accident de Tchernobyl)).

L'étude porte sur la partie du circuit primaire, et comme cela vient d’être dit sur le refroidissement extérieur du cœur du réacteur.

Il existe deux méthodes de refroidissement :

- Refroidissement par jet impactant : cette méthode est probablement moins efficace que la seconde car le cœur étant tellement chaud les gouttelettes ne touchent pas la paroi car elles sont vaporisées avant, on est au-delà du flux critique. L’augmentation de la puissance du jet pourrait être vue comme une bonne solution mais cela pourrait endommager les parois du réacteur.

- Un re-noyage par l’extérieur (écoulement d’eau qui va circuler dans une enveloppe à l’extérieur du cœur) semble la méthode la mieux adaptée. Nous sommes alors dans une configuration d’un écoulement dans un canal avec une ébullition nucléée sur la paroi.

Dans le cas des régimes d'ébullition en paroi, les lois qui sont mises en place correspondent à des régimes hautes pressions fortement sous refroidi à une température de 320°C. On est donc 40 à 50°C en-dessous de la température de saturation justement pour éviter qu'il y ait une forte ébullition dans ces circuits primaires de centrale (l’eau ne doit pas bouillir en fonctionnement normal). En effet les flux de chaleurs sont extrêmement forts, si l'ébullition commence à se déclencher, le risque est le développement d'une vaporisation très forte sur la paroi. Cette vaporisation créée alors une isolation entre l'écoulement liquide et les parois qui ne sont plus sous-refroidis, d'où une surchauffe importante.