J interroge mes lecteurs / Supposons que l on vous demande de faire durer votre radiateur de voiture pendant 40 ans et peut-être 60 ? L’ en croyez vous capable ?
Un de mes lecteurs , probablement ingénieur me répondrait : « Un générateur de vapeur nucléaire n’est pas qu’ un simple échangeur de chaleur , comme l est un radiateur ….Il a un rôle double , la chaleur qu il reçoit par l eau primaire , sert à réchauffer de l eau liquide et à la transformer en vapeur pour ACTIONNER les turbines des alternateurs » …..Certes les 4000 tubes en U sont tout entiers immergés dans de l eau , mais ce sont deux sortes d’eau de caractéristiques physiques (et meme chimiques) différentes ……
Etudions un peu le fonctionnement ….. photo d un réacteur et photo d un générateur de vapeur
1) LE MATERIAU DE FABRICATION DES TUBES DE GV
Quand on demande à un chef-métallurgiste de construire un tel appareillage ,soumis à des contraintes de températures et de pressions et de débits élevés en H2O, il commence par se poser la question des propriétés mécaniques nécessaires puis immédiatement chimiques , du métal ou de l alliage des métaux qu’il doit proposer …….Et ensuite il regarde le prix !
Le résultat de tout cet ensemble de cogitations ( voir l’excellent livre de PAUL BONTE (Saclay) /Le nucléaire raconté par des physiciens ) s’est restreint ( pour le passé )sur un alliage de nickel l inconel 600 dont je vous livre la composition Nickel (Ni) 72 % min, Chrome (Cr) 14 - 17 % ,fer(Fe) 6 – 10 % ,un peu de manganèse 1% maxi , de cuivre 0 ,5 % maxi et des quantités plus minimes de silicium , carbone et soufre .
Contrairement aux aciers inoxydables, qui dépassent difficilement 600 °C, certains Inconels peuvent être utilisés jusqu'à des températures de plus de 800 °C. Ceci est dû à aux métaux d'alliage (principalement Mo, Cr et Cu), qui relèvent la température de fluage.En outre ils sont extrêmement résistants à la corrosion (bien plus que les aciers inoxydables) et enfin comme ils ont une ductilité exceptionnelle, supérieure à celle des aciers inoxydables, nous voilà armés pour en faire 3300 à 5500 longs tubes en U !!!Bien sur ,le financier du projet va faire une énorme grimace car évidemment, ils seront aussi beaucoup plus chers que les divers inox et par conséquent , la décision de les utiliser sera calculée sur la durée de vie prévue et la rentabilité de l'application pour cette durée !
J ai personnellement utilisé dans mes installations l inconel en technologie UF6 etc,( mortellement agressive) , pendant 20 ans et je suis en vie !
Ne croyez pas que cependant cette affaire soit terminée , car vous allez le voir ces générateurs de vapeur sont des équipements « vivants » sans cesse sur la brèche et qui subissent toutes sortes de sollicitations …Je les juge plus fragiles que la cuve réacteur et donc dans une concaténation , c’est de la chaîne d’éléments la plus fragile que la Sûreté doit se préoccuper …...Ainsi notre financier doit encore donc élargir les cordons de sa bourse et aller chercher auprès de Special Metal Corporation des nuances d INCONEL encore moins sensibles à la corrosion sous contrainte : en particulier l inconel 690 (Ni:>50 C:0,01-0,05 Cr:20-30 Fe:5-10 Mn:0,1-0,5 Si:0,1-0,5 Ti:0,1-0,5 …. Vous allez voir pourquoi ……
2) LA MISE EN FORME DES TUBES
S i le prix de ces « grosses bébêtes » se ramenait à ces achats d ‘alliages encore plus onéreux on pourrait se borner à regarder le directeur financier avec un air encore plus amoureux ! Hélas , disons maintenant quelques mots de ce cauchemar de chaudronnier que représente le montage d’ un GV et de sa vie en réacteur …..
Je précise maintenant que j ai rédigé avec plaisir ce paragraphe spécialement pour les quelques ingénieurs ou scientifiques qui me lisent et que les autres peuvent le sauter !
Vous avez donc à fixer sur une plaque de fixation un ensemble de plusieurs milliers de ces tubes en U retenus par une plaque de répartition , des plaques entretoises , des barres anti- vibratoires , une enveloppe de faisceau etc. : voir ma photo
Ils ne sont pas soudés mais dudgeonnés … Kesako ?Dirait un simple quidam ….le principe de dudgeonnage d'un tube dans une plaque à tubes est de créer une expansion radiale du tube par mandrinage, ou par pression hydraulique entraînant une déformation plastique du tube. Les contraintes résiduelles se traduisent par une pression de contact tube-plaque ayant pour conséquence la réalisation d'une liaison mécanique résistante entre le tube et la plaque. « Mais tout cela ne va-t-il pas se « déchausser » par les caractéristiques du débit d’eau ? » m interrogez vous …. Non car on devra vérifier que le procédé assure en principe une valeur d'arrachement supérieure à trois fois l'effort maximal qui sera subi par les tubes en service, sous les effets conjugués de la pression et de la température - ce facteur 3 étant multiplié d'un facteur >1, lié au ratio Rt à la valeur d'essai / Rt à la température maximale de service –
La encore je précise que le procédé est utilisé en Diffusion gazeuse isotopique , donc que j ai vécu ce genre de travail et en connaît les avantages/défauts…
3) LES AVATARS DES GENERATEURS DE VAPEUR DE NOS CENTRALES
Vous réciter la liste des 47 fuites primaires –secondaires et en donner chaque fois la raison serait inutile ;je vais classer les ennuis en 3 catégories
3-1 ; Le colmatage des plaques entretoises est l’obturation progressive, par des dépôts d’oxyde,( des » boues »)des trous destinés au passage de l’eau. Il conduit à une diminution de l écoulement d eau ….De fil en aiguille une réduction de l efficacité du GV
3-2 : Les anomalies de supportage des tubes.Certains tubes sont soutenus par des barres antivibratoires. Lorsqu’un tube n’est pas soutenu alors que la conception de l’équipement l’exige, il est déclaré en anomalie de supportage
3-3 : Les fissures de corrosion . En mai 2009, EDF a mis en évidence, lors des contrôles du GV n°1 du réacteur du Bugey 3, la présence de fissures de caractéristiques nouvelles et d'un défaut important qui n’a été identifié que lors de l’extraction du tube pour expertise. Le phénomène en cause est la corrosion du tube au niveau des plaques entretoises et concerne un type de GV équipant encore 8 réacteurs en France.
U n lecteur hargneux pourrait me dire « Pourquoi tous ces dépôts d oxyde ? Pourquoi des trous qui se colmatent avec ces boues ou calculés trop petits ??? »
4) LES REMEDES APPORTES PAR EDF /ASN/IRSN
Pour assurer l’intégrité du faisceau tubulaire des GV face à ces dégradations, des mesures correctives de grande ampleur ont été mises en place. Ces mesures ont fait l’objet d’améliorations après leur mise en place. L’ASN veille au retour d’expérience de leur utilisation.
4-1 :Le bouchage des tubes de GV : Lorsqu’un tube est affecté d’un défaut important que reste t il à faire s il est tout seul ?Et bien ce tube est obturé par la pose d’un bouchon mécanique …Il arrive que le problème subsiste , par exemple
en 2008 et 2009, le déplacement de deux bouchons après leur pose a été découvert ; d ou programme de vérification …
,.. A la demande de l'ASN, EDF a engagé, depuis juillet 2008, un programme de vérification de la présence des bouchons sur l’ensemble des GV du parc.
4-2/ : Le nettoyage chimique des GV
Si une proportion trop importante de tubes bouchés est atteinte ou un colmatage des trous d entretoise trop important alors le nettoyage chimique est une solution pour lutter contre le colmatage des GV….Mais ce n est pas une opération simple croyez moi car par exemple Fe3O4 l’oxyde de fer , c’est du costaud ! Les chimistes ont tout un tas de trucs anti- corrosion ou nettoyants ( morpholine ,hydrazine , éthylène diamine et son acide tetracétique , des mousses réactives , des mousses supercritiques etc. ) pour s en débarrasser mais . malgré leur efficacité certaine, l’ASN considère que les procédés de nettoyage ne sont pas sans impact, pour les structures internes des GV ou pour le faisceau tubulaire lui-même et alors on court des risques d aggraver la corrosion ( de CHARYBDE EN SCYLLA !)
Il y a pire : des dépôts sur les tubes dont l’origine n’est pas aisément identifiable peuvent également être observés après le nettoyage.
Je ne parle pas des moyens que les exploitants mettent en branle pour détecter le défaut de non étanchéité et son positionnement ( courants de FOUCAULT ETC )
5 :LE BOUT DU TUNNEL ????? HUM ???!
L’ASN s’assure de l’amélioration des procédés par prise en compte du retour d’expérience,
Un programme de remplacement des GV les plus anciens a été mis en place par EDF à partir du début des années 1990 et se poursuit au rythme d’un à deux réacteurs par an. En 2014, les GV en Inconel 600 non traité thermiquement, les plus sensibles à la corrosion, auront été remplacés.
Par ailleurs, l’ASN a demandé à EDF de proposer des solutions pour limiter l’apparition et le développement des dépôts d’oxydes …. EDF a également dû revoir ses études concernant la fatigue vibratoire. Les mesures les plus urgentes ont été prises et permettent d'éviter tout risque à court terme.
A l’étranger, cette question du contrôle et de la maintenance des GV est prise très au sérieux par les Autorités de sûreté et des programmes de remplacement sont mis en place aussi
A SUIVRE LA CUVE REACTEUR ( bis repetita !)