Rappelons qu’afin d’eviter la fusion du combustible, la temperature au centre de la pastille ne doit pas depasser 2590 °C (figure 8.2). Cette valeur correspond a la temperature de fusion de l’UO2 diminuee de l’effet de l’irradiation et des incertitudes.

Pour les transitoires de condition 2, la temperature au centre de la pastille est direc — tement liee a la puissance lineique locale du combustible. Le critere de temperature de 2590 °C est respecte si la puissance lineique locale est inferieure a 590 W/cm.

8.1.1.1. Oxydation et fragilisation de la gaine

Le zirconium reagit avec l’eau pour donner un oxyde de zirconium, la zircone, qui fragilise la gaine avec degagement d’hydrogene. Les caracteristiques mecaniques de la gaine se degradent donc en fonction de son degre d’oxydation (figure 8.3).

La reaction d’oxydation du zirconium est:

Zr + 2H2O ^ ZrO2 + 2H2 + chaleur

Cette reaction est donc exothermique. Les degres d’oxydation et de fragilisation de la gaine dependent des temperatures atteintes et des durees de maintien a ces temperatures, la reaction devient significative vers 900 °C et s’emballe vers 1200 °C.

Figure 8.2. Fusion du crayon combustible.

Pour garantir en condition 4 le maintien d’une geometrie refroidissable du creur, les criteres de temperature sur la gaine sont fonction de la rapidite du transitoire :

1. sur des transitoires « lents », avec denoyage du creur pendant plusieurs minutes, la temperature de la gaine doit rester inferieure a 1204 °C,

2. sur des transitoires « rapides », avec assechement de la gaine de duree inferieure a la seconde, la temperature peut etre plus importante mais doit rester inferieure a 1482 °C.

Epaisseur

oxydee

Epaisseur

Figure 8.3. Oxydation et fragilisation de la gaine.

8.1.1.4. Rupture du crayon par depot d’energie eleve

Lors d’un accident de reactivite comme l’ejection de grappe par exemple, des pics de puissance nucleaire tres brefs mais extremement eleves peuvent entrarner la rupture du crayon combustible.

Deux modes de rupture du crayon combustible sont consideres (figure 8.4) : [29]

Par rapport aux transitoires RIA attendus en REP pour le combustible fortement irradie, la base des essais experimentaux CABRI et les analyses associees garantissent l’integrite de la gaine :

• pour des crayons corrodes jusqu’a 120 pm irradies jusqu’a 63 GWj/t, soit un burn-up moyen assemblage superieur a 52 GWj/t (le critere etude retenu est a 100 pm);

• pour des depots d’energie inferieurs a 57 cal/g (non-dispersion assuree jusqu’a un depot d’energie de 92 cal/g);

• pour des temperatures maximales de gaines atteignant jusqu’a 700 °C;

• pour des pulses dont la largeur a mi-hauteur est superieure a 30 ms.

Ces criteres empiriques sont coherents, du moins en ce qui concerne l’energie depo- see sur le crayon, avec des resultats d’essais japonais qui ont conduit aux constatations presentees dans le tableau 8.1.