Quel impact ont les rayonnements sur les matériaux structuraux des réacteurs nucléaires au fil du temps?
L’avenir de l’énergie nucléaire en Europe est peut-être confus, mais il est difficile de nier qu’on en a besoin. Les centrales nucléaires représentent encore environ un quart de la capacité de production d’électricité de l’UE et, jusqu’à ce que l’industrie puisse compenser une telle perte par des sources d’énergie renouvelables, il est devenu prioritaire d’étendre la durée de vie déjà prolongée des centrales nucléaires. Assurer un fonctionnement sûr et à long terme des centrales électriques existantes est toutefois une autre histoire. Cela exige une compréhension approfondie du rôle des phénomènes de vieillissement des matériaux dans les centrales nucléaires, ainsi que la transposition de ces connaissances sous forme d’outils et de méthodes fiables pour les utilisateurs finaux industriels et sous forme de directives destinées aux décideurs politiques. SOTERIA (Safe long term operation of light water reactors based on improved understanding of radiation effects in nuclear structural materials) a cherché à fournir une telle compréhension, en mettant l’accent sur les phénomènes de vieillissement se produisant dans les cuves sous pression (RPV) et les aciers internes des réacteurs, causés par le rayonnement neutronique. Le projet, qui s’appuie sur les conclusions de ses prédécesseurs PERFECT et PERFORM60, a combiné des outils de modélisation avancés et des données expérimentales pour étudier l’impact de ces irradiations – au fil du temps et à différentes doses – sur des composants nucléaires constitués de matériaux industriels complexes. Des expériences intelligentes pour déterminer en quoi consiste une exploitation sûre d’une centrale nucléaire «Le bon fonctionnement des centrales nucléaires dépend de nombreux facteurs, y compris des problèmes liés aux matériaux», explique le Dr Christian Robertson, coordinateur du projet, du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). «Les composants critiques des centrales nucléaires ont tendance à subir des évolutions dépendantes du temps dues aux mécanismes de vieillissement des matériaux. Une durée de vie prolongée et sûre ne peut être garantie avec précision que si nous comprenons parfaitement les causes et l’étendue de ces mécanismes.» SOTERIA a essentiellement consisté à combiner des expériences intelligentes et de la modélisation physique, spécialement conçues pour les matériaux bien caractérisés, internes ou constitutifs des RPV. Au bout du compte, le consortium: a procédé à un examen microstructural approfondi des aciers RPV irradiés, des aciers inoxydables austénitiques et des alliages modèles; a étudié l’impact de l’inhomogénéité des matériaux sur les propriétés mécaniques des aciers RPV; s’est penché sur les effets des charges d’hélium et d’hydrogène sur, respectivement, la susceptibilité aux dommages et l’oxydation; et a développé des modèles pour évaluer le RPV et les composants internes soumis à l’irradiation. «Ce projet nous a donné plusieurs résultats importants. L’un d’entre eux concerne de nouvelles données sur la variabilité de la réponse des matériaux et leur relation avec des conditions de vieillissement bien contrôlées. Nous comprenons maintenant les causes du vieillissement des matériaux pour une sélection de cas représentative des différents matériaux nucléaires. De plus, nos outils de modélisation peuvent tenir compte de la variabilité de la complexité des matériaux nucléaires réels dans les composants critiques de la centrale. Cet outil sera diffusé par le biais d’une plateforme de calcul conviviale», explique le Dr Robertson. Former la prochaine génération d’experts SOTERIA avait également un objectif pédagogique: communiquer les résultats du projet à la communauté de l’ingénierie et de la recherche nucléaires afin d’améliorer et d’harmoniser les connaissances sur les phénomènes de vieillissement dans les centrales nucléaires en Europe. Une école de formation SOTERIA a été par exemple organisée en septembre 2018 pour transférer et préserver les connaissances du projet sur les mécanismes de dégradation des RPV nucléaires et des matériaux internes. Au total, 60 participants issus de 29 organisations de 13 pays – étudiants, post-doctorants, professionnels en début de carrière, scientifiques et ingénieurs – ont assisté à l’événement. C’est probablement la mission la plus importante de SOTERIA. Bien que le projet se poursuive jusqu’en août 2019, le Dr Robertson est convaincu que son influence continuera de se faire sentir au-delà de cette date fatidique. «Les méthodologies de surveillance innovantes, rentables et informatives développées dans le cadre du projet, adaptées aux composants critiques des réacteurs nucléaires, seront d’une grande utilité pour la communauté dans les années à venir», déclare-t-il. Les membres de SOTERIA envisageant déjà la création d’un nouveau consortium dans le cadre du prochain appel à propositions Euratom, afin d’étudier les mécanismes de vieillissement des matériaux de manière plus approfondie.
Mots‑clés
SOTERIA, exploitation à long terme, nucléaire, sûreté, réacteur à eau légère, matériaux structuraux, centrale nucléaire, réponse des matériaux, rayonnements
