Cellule gliale fournissant des protéines (en vert ... - CEA Saclay

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Cellule gliale fournissant des protéines (en vert ... - CEA Saclay

NUCLÉAIRE Mesurer la puissance résiduelle d’un combustible usagé

Ballet bien huilé

pour un « boa » très chaud

Estimer précisément la puissance thermique libérée par un combustible

nucléaire à l'arrêt d'un réacteur est un défi d'une complexité exceptionnelle.

C'est aussi un enjeu économique important pour l'exploitation des

centrales nucléaires. Dans ce domaine, des équipes des centres CEA de

Saclay, Grenoble et Marcoule ont accompli un exploit récompensé par

le Grand Prix de la Société française d’énergie nucléaire.

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Pour le transfert du crayon de combustible du

réacteur au calorimètre, chaque geste a été

optimisé et répété pendant plus d’une année.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

© P. ROSUEL / CEA

C

ombien de temps faut-il laisser « refroidir »

le combustible nucléaire avant de soulever

le couvercle de la cuve du réacteur d'une

centrale ? Comment évacuer efficacement la

chaleur dégagée par le cœur d'un réacteur en

situation accidentelle ? Évaluer avec précision

la puissance thermique libérée par le combustible

nucléaire à l’arrêt du réacteur représente

aujourd’hui un enjeu économique. Ainsi par

exemple, les exploitants du parc électronucléaire

français attendent trois ou quatre jours

avant d'ouvrir la cuve d'un réacteur pour en

extraire 1 les assemblages 2 de combustibles à

renouveler. Si la puissance thermique résiduelle

pouvait être connue avec une précision

accrue, ces temps morts pourraient être réduits

sans risques et c'est peut-être une journée d'exploitation

du réacteur qui pourrait alors être

gagnée. L'impact économique de cette évaluation

est donc très significatif.

Préciser l'incertitude

Comment a-t-on jusqu'à présent évalué cette

grandeur, critique à plus d'un titre ? De

manière étonnante, la meilleure évaluation à

ce jour repose sur des calculs mettant en jeu

des dizaines de milliers de données physiques !

Un combustible neuf est un oxyde « simple »,

contenant deux isotopes 3 de l'uranium. En

revanche, le même combustible, après un

séjour en réacteur, s'est enrichi de plus d'un

millier d'isotopes d'éléments divers, résultant

de fissions, de captures de neutrons, de désintégrations

radioactives, etc. On comprend sans

peine que la modélisation de ces processus

requière une somme impressionnante de données

de base de physique nucléaire. Connues

avec une précision comprise entre 1 et 30 %,

celles-ci constituent une « bibliothèque »,

ouverte à tous les scientifiques, régulièrement

mise à jour et enrichie par les calculs et les

expériences des uns et des autres.

Grâce à des raisonnements probabilistes, les

physiciens sont en mesure de garantir des précisions

aussi élevées que la sûreté nucléaire

l'exige, portant sur l'incertitude avec laquelle

est connu le résultat final. Cette incertitude

permet de définir rationnellement des marges,

en relation avec la situation d'exploitation ou

accidentelle envisagée.

Un « vrai » combustible en

laboratoire

On pourrait se dire que rien ne vaut une expérience

grandeur nature. Si le niveau d'irradiation

à l'intérieur de la cuve du réacteur ou sur

le circuit primaire ne se prête pas à l'installation

de capteurs, il est en revanche possible

d'instrumenter le circuit secondaire. Un bilan

thermique, réalisé juste après l'arrêt du réacteur,

fournit une valeur par défaut de la puissance

libérée par le combustible car il

méconnaît les fuites thermiques à travers la

cuve, les tuyaux du circuit primaire et l'échangeur

de chaleur. Ce mode d'évaluation s'avère

en réalité sans intérêt car trop imprécis. D'où

l'idée de l’expérience MERCI 4 , qui vise à reproduire

la complexité des phénomènes siégeant

dans un véritable combustible nucléaire, mais

dans un environnement de laboratoire, adapté

aux exigences d’une métrologie de qualité. Il

s’agit d’exploiter l’ensemble des données expérimentales

et les confronter aux résultats de

simulation pour affiner les modèles et réduire

l’incertitude pesant sur les calculs actuels. Plus

concrètement, MERCI consiste à introduire un

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