9.1.1.2.1. Contraintes liees a la sQrete

D’apres un classement propose par I’ANS (American Nuclear Society) et couramment uti­lise en France, le fonctionnement d’un reacteur est situe dans l’une des quatre categories, ou conditions de conception, suivantes :

• categorie 1 : fonctionnement normal, y compris les transitoires normaux d’exploita — tion, comme le suivi de charge, le telereglage, les arrets programmes ou l’Tlotage;

• categorie 2 : accidents de frequence moderee (probabilite 1 a 10-2/an/reacteur) pour lesquels il faut imperativement respecter l’integrite de la gaine du crayon combus­tible (1ere barriere). Les limites du domaine de fonctionnement ou l’integrite de la gaine ne peut plus etre garantie constituent les « limites physiques du creur». Les points de consigne d’Arret automatique du reacteur par le systeme de protection sont determines de maniere a ne pas depasser l’une de ces limites. Le retrait incontrole de groupe de grappes, la dilution intempestive d’acide borique, la chute de grappes ou des groupes de grappes, la perte d’alimentations electriques externes constituent autant d’exemples d’accidents de categorie 2 ;

• categorie 3 : ce sont les accidents tres peu probables (probabilite 10-2 a 10-4/an/reacteur) pour lesquels la sQrete de l’installation nucleaire et de l’environne — ment oblige a maintenir l’integrite du circuit primaire (2eme barriere), la rupture d’un nombre limite de crayons etant admise. Ces accidents font intervenir les circuits de sauvegarde. On peut citer comme type d’accident de categorie 3 les petites breches au primaire et au secondaire;

• categorie 4 : il s’agit des situations limites prises en compte dans les calculs de conception (probabilite 10-4 a 10-6/an/reacteur). Ces accidents peuvent conduire a la perte d’integrite du circuit primaire. Dans tous les cas, le creur doit conserver une geometrie permettant son refroidissement. Ces situations limites peuvent par exemple se presenter lors de grosses breches primaires, de rupture de tuyauterie vapeur ou lors d’un blocage du rotor de pompe primaire.

Des criteres de sQrete ont alors ete definis pour garantir l’absence de prejudices inac — ceptables pour l’environnement en cas d’incidents ou d’accidents. Certains de ces criteres portent sur le gainage du combustible qui doit conserver son integrite pendant le fonc­tionnement normal (categorie 1) et pendant les transitoires accidentels les plus probables (categorie 2) afin de limiter les risques de relachement de produits de fission dans le circuit primaire. Les criteres de sQrete sont les suivants : [43]

fixe la puissance lineique maximale a 590 W/cm soit une temperature creur de 2260 °C (la puissance lineique moyenne a puissance nominale est de 170 W/cm pour un reacteur 1300 MWe). Tout depassement de cette valeur conduit a un arret automatique.

• Flux de chaleur critique : si un film de vapeur se forme autour des crayons, c’est la crise d’ebullition. La gaine est dans ces conditions mal refroidie. Sa temperature peut atteindre une valeur telle qu’une rupture de la gaine peut se produire. Il y a alors une augmentation importante des risques de contamination du circuit primaire. En categorie 2, on s’impose de ne pas atteindre le flux de chaleur sur le crayon correspondant a la crise d’ebullition. Cette valeur de flux est appelee flux critique. Elle est obtenue a l’aide d’une correlation etablie sur un tres grand nombre de points experimentaux. Le respect de cette limite est par exemple verifie en permanence par le SPIN, le systeme de protection des REP 1300 MWe.

• Limitation de la temperature maximale de gaine : en cas d’Accident de perte de re­frigerant primaire (LOss of Coolant Accident ou LOCA), une temperature de gaine elevee (Tseuil ~ 1200 °C) entrame un emballement de la reaction Zr-H2O exother — mique et generatrice d’hydrogene. Le pic de temperature de gaine atteint pendant l’accident est directement lie a la quantite d’energie stockee dans le combustible dans l’etat initial avant la perte de refrigerant. On limite en consequence la puis­sance lineique maximale en fonctionnement normal. Tout depassement de la limite APRP conduit a une alarme qui impose une reduction de la puissance ou un retour a la normale par action de l’operateur en salle de commandes.

• Bien que non consideree dans le dimensionnement initial, l’Autorite de sQrete a de — mande que les seuils de protection soient dimensionnes pour proteger les crayons combustible de l’Interaction pastille gaine. Ce phenomene local est attribue a deux causes. Une cause d’origine mecanique, l’oxyde d’uranium se dilate plus que la gaine et une augmentation de puissance peut se traduire par des contraintes im — portantes sur la gaine. Le phenomene comporte aussi une composante d’ordre chi — mique. Lors d’une augmentation de puissance, il y a un degagement de produits de fission (l’iode en particulier) qui peut donner lieu a de la corrosion sous contrainte de la gaine et a une augmentation de la pression interne du crayon. Les etudes, s’appuyant sur des essais de rampes de puissance realises sur du combustible irra — die, ont permis de determiner les valeurs des seuils de puissance lineique locale en fonction de l’irradiation au-dela desquels il y a risque d’interaction et les amplitudes maximales admissibles des variations de puissance.

Les moyens de satisfaire ces criteres reposent sur des constatations simples. Il faut apla — tir au mieux la puissance neutronique dans le creur si on veut eviter la crise d’ebullition dans le canal le plus chaud et ne pas atteindre les differentes limites de puissance lineique. Pour extraire le maximum de puissance, il faut que les differences de puissances entre les zones du creur soient les plus faibles possibles, la zone la plus forte limitant toutes les autres. Cette condition est prise en compte aussi bien pour definir le plan de chargement du creur (optimisation a puissance nominale) que la strategie de pilotage du reacteur (suivi de charge).