Corrosion des circuits primaires dans les réacteurs à eau sous pression , livre ebook

CORROSION DES CIRCUITS PRIMAIRES
DANS LES RÉACTEURS À EAU SOUS PRESSION
Analyse historique
Pierre Beslu
Quand un réacteur nucléaire est mis en exploitation, des évènements extérieurs peuvent l’impacter et ils
ont souvent pour origine la corrosion des matériaux de structure et des composants. Ce livre résume les CORROSION DES CIRCUITS S
phénomènes de corrosion dans les circuits primaires des centrales nucléaires à eau sous pression et présente
l’historique des raisons du choix du conditionnement chimique et des matériaux utilisés. C’est un sujet
assez rarement évoqué quand on parle de réacteurs nucléaires. Il est des plus intéressants sur la manière PRIMAIRES DANS
d’appréhender les phénomènes de corrosion depuis la fi n des années 50 jusqu’à nos jours. De ce point de vue,
il donne une perspective importante pour les acteurs d’aujourd’hui en situant bien les évolutions pendant cette
période, ainsi que les raisons de certains choix réalisés pour les réacteurs actuellement en service et construits LES RÉACTEURS À EAU
durant cette période.
Ayant une grande expérience dans le domaine, l’auteur montre l’attitude à avoir face à une diffi culté SOUS PRESSION d’exploitation et à la compréhension des phénomènes. De plus, il propose un nombre important de références
bibliographiques.
L’ambition de ce livre est d’être un guide aux générations futures. Unique dans son genre, il s’adresse aux Analyse historique
professionnels des réacteurs nucléaires, aux chercheurs et étudiants en science des matériaux et au lecteur
qui s’intéresse à ce domaine.
Pierre Beslu a travaillé au commissariat à l’énergie atomique où il a étudié, a n d’en limiter l’impact,
la contamination des circuits primaires des réacteurs à eau sous pression puis la corrosion des alliages
base zirconium. Pour ses travaux sur la contamination des circuits, il a reçu en 1990 le prix de la
Société Française d’Énergie Nucléaire. Pierre Beslu
ISBN : 978-2-7598-1084-0 / 39 € TTC
www.edpsciences.org
matériaux I chimie chimie I matériaux
Corrosion des circuits primaires-V2.indd 1 05/03/14 10:39
CORROSION DES CIRCUITS PRIMAIRES
DANS LES RÉACTEURS À EAU SOUS PRESSION PIERRE BESLUCORROSION DES CIRCUITS
PRIMAIRES DANS LES
´ `REACTEURS A EAU SOUS
PRESSION
Analyse historique
PierreBeslu
17, avenue du Hoggar
Parc d activite´s de Courtaboeuf, BP 112
91944 Les Ulis Cedex A, FranceImprime´ en France
ISBN : 978-2-7598-1084-0
Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous proce´de´s, re´serve´s pour tous
pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des aline´as 2 et 3 de l’article 41, d’une part,
que les « copies ou reproductions strictement re´serve´es a` l’usage prive´ du copiste et non destine´es a`
une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but
d’exemple et d’illustration, « toute repre´sentation inte´grale, ou partielle, faite sans le consentement
erde l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (aline´a1 de l’article 40). Cette
repre´sentation ou reproduction, par quelque proce´de´ que ce soit, constituerait donc une
contrefac¸on sanctionne´e par les articles 425 et suivants du code pe´nal.
EDP Sciences 2014Remerciements
Jedédiecelivreàtoutel’équipeaveclaquelle,j’aitravaillédurantenviron20anset
sanslaquellejen’auraispul’écrire.Laplupartdesrésultatsprovenantderéacteurs
et de boucles, par exemple, est due à leur compétence, à leur courage et à leur
motivation. Je ne citerai pas de noms de peur d’oublier quelqu’un mais des
prénomssachantqu’ilspeuventdésignerplusieurspersonnes:doncqueAndré,Serge,
Claude, Philippe, René, Maxy, Gérard, Jean-Claude,Pierrot,Françoise,Florence,
Jocelyne, Joël, Pierre, etc. sachent que je n’oublie pas ce que je leur dois. Que
Alain B. et Philippe R., devenus des amis, soient aussi remerciés de leur soutien,
pendant toutesces années.
Merci aussi à Serge, Frédéric et Jean-Raymond pour l’intérêt porté à ma
démarche et aux discussions passionnées sur le fond que nous avons eues pendant
l’écriture de mon document.
Un merci très spécial, à Jean-Raymond Pagès et à Fred qui, de plus, l’ont relu,
discuté et corrigé.`A Emmanuel, Thomas, Pablo et Gabin
En souvenir de NathalieSommaire
Remerciements............................................ i
Avant-propos ........... 1
Chapitre 1 : Introduction
1.1. Principe simplifie´ du fonctionnement des REP ... ........... . 9
1.2. Spe´cificite´s des composants nucle´aires ......... . 10
Chapitre 2 : Le caloporteur
2.1. Quelques caracte´ristiques ........ ........... ........... . 13
2.2. Radiolyse de l’eau [2] ........... . 18
2.2.1. Le rendement de la radiolyse ....... 18
2.2.2. Les re´actions de recombinaison............................ 19
2.2.3. Quantification ................. 23
Chapitre 3 : Mate´riaux auste´nitiques :
corrosion uniforme
´ ´ ´3.1. Generalites........ ........... ........... ........... . 25
´ ´ ´ ´3.2. Corrosion generalisee ou uniforme des aciers et des materiaux
´austenitiques....... . 27
3.2.1. Modeles de corrosion .................................. 27`
3.2.2. Corrosion de l’acier inoxydable...... 36
3.2.3.on en milieu sature......... 40´
´3.2.4. Elements autres que le fer dans les materiaux austenitiques ...... 47´ ´ ´
3.2.5. Influence de la concentration en bore sur la corrosion ? ......... 54
3.2.6. Qualite´ de protection des oxydes........................... 55
3.2.7. Valeur de taux de corrosion et de relaˆchement...... 58iv CORROSION DES CIRCUITS PRIMAIRES ...
´Chapitre 4 : Consequences de la corrosion
dans le RCP
4.1. Formation des de´poˆts ........... ........... ........... . 65
´ ˆ ´4.2. L’effet des depots sur la perte de charge et le debit ........ . 72
´ ˆ ´ ´4.3. L’effet des depots sur la reactivite.. . 76
4.4. Contamination ..... ........... ........... ........... . 78
4.4.1. Ge´ne´ralite´s ......... 78
4.4.2. Impact des parame`tres de conception et de fonctionnement
sur la contamination................................... 83
4.4.3. Variabilite de la corrosion et de la contamination...102´
´ ´Chapitre 5 : Materiaux austenitiques :
corrosion sous contrainte
5.1. Ge´ne´ralite´s........ ........... ........... ........... .109
5.2. Influence de divers parame`tre sur la CSC ....... .112
5.2.1. Influence de la contrainte .........112
5.2.2. Influence de la tempe´rature ..............................113
5.2.3. Influence de la teneur en hydroge`ne..113
5.2.4. Influence de la composition chimique du milieu....113
5.2.5. Influence de la com ch.......................114
5.2.6. Influence de la pre´cipitation des carbures.........114
5.2.7. Me´canismes de la CSC ...........114
5.3. CSC dans les REP... ........... ........... ........... .115
5.3.1. Ge´ne´rateur de vapeur.115
5.3.2. Piquages d’instrumentation des pressuriseurs ......120
5.3.3. Adaptateur des me´canismes de grappes de commandes ...........121
5.3.4. Internes ............................................122
Chapitre 6 : Corrosion des gaines de combustible
´ ´ ´6.1. Generalites........ ........... ........... ........... .125
6.2. Corrosion des alliages de zirconium .......... .127
6.2.1. Cine´tiques de corrosion des alliages de zirconium en milieu REP...127
6.2.2. Hydruration .........................................149
6.2.3. Corrosion interne.....151
6.2.4. Alliages autres que le zircaloy ; alliage Zr-Nb......152
6.3. L’interaction pastille-gaine IPG/CSC de la gaine combustible ..157
6.4. Re´sume´........... ........... ........... ........... .159`TABLE DES MATIERES v
Chapitre 7 : Contamination par les produits
de fission
7.1.1. Origine des PF dans le circuit primaire des REP et conse´quences...163
7.1.2. Me´canismes de rejet des PF (pour un crayon non e´tanche) .......165
7.1.3. Diagnostique de l’e´tat des gaines..........................173
7.2. Conclusion sur les rejets de PF ... .177
Chapitre 8 : Petit de´tour chez les re´acteurs
bouillants
8.1. Ge´ne´ralite´s........ ........... ........... ........... .181
8.2. Injection de zinc.... .183
´ ´Chapitre 9 : Evolutions recentes
9.1. Vieillissement ...... ........... ........... ........... .185
9.1.1. Amincissement des parois..........186
9.1.2. Corrosion sous contrainte..........186
9.1.3.on ge´ne´ralise´e ...................................192
9.1.4. Mode`les de transport et de contamination.........197
9.1.5. Contamination des circuits : REX ...203
9.1.6. Corrosion des gaines ...................................210
Chapitre 10 : Conclusion 213
´ ´References 217
Glossaire, sigles et abre´viations 2277KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQNAvant-propos
Lenucléairefaitappelàdetrèsnombreusesdisciplinesquivontdelacomposition
du béton à la physique atomique en passant par la métallurgie, l’hydraulique, la
radioprotection, etc.
Auniveaudelaconception,ilyabienévidemmentdesdisciplinesreinescomme
laneutroniquesuivie,sil’onpeutdire,parlathermohydraulique,laprotectiondes
réacteursetlamécanique.
En revanche,unefois leréacteurconstruit, au niveaude l’exploitation,
c’est-àdiredelaviedetouslesjours,lesprioritéschangent.Laneutronique,quiestdela
physiquemathématiquepresquepuretrèsperformante,n’estplus,enexploitation
normale, que l’application de procédures, pour ne pas dire de la surveillance,
aidée aujourd’hui par de l’informatique en ligne. Déjà en 1976, j’avais été frappé
lorsdelapremièredivergenceduréacteurTIHANGE1,àlaquellej’aieulachance
de participer, de constater que le réacteur était devenu « critique » exactement à
l’instantoù laconcentrationenbore avaitatteintlavaleurprévuepar lescodesde
calcul.Cesdomaines(neutronique,thermohydraulique…)posentdoncrarement,
enroutine,desproblèmespareux-mêmes.Enrevanche,desévénementsextérieurs
peuvent les impacter. Et il se trouve que ces événements extérieurs ont le plus
souvent pour origine la corrosion des matériaux de structure et des composants
qu’elle soit uniforme ou localisée.
La chimie de l’eau dans le circuit primaire des réacteurs à eau sous pression
(REPouPWRenanglais)etlacorrosion
desmatériaux