Brevet FR2715762A1 — publié le 19950804

DISPOSITIF DE FIXATION DU FOND D'UN CONTENEUR DE TRANSPORT ET/OU STOCKAGE DE MATIERES RADIOACTIVES DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif de fixation du fond d'un conteneur de transport et/ou stockage de matières fortement radioactives, en particulier pour assemblages combustibles nucléaires irradiés ou déchets à haute activité provenant de leur retraitement. ETAT DE LA TECHNIQUE Les conteneurs de matières fortement radioactives comportent généralement une épaisse enceinte blindée étanche destinée à réaliser le confinement des matières, à arrêter le rayonnement gamma et à assurer une particulièrement bonne résistance mécanique, même en situation accidentelle sévère. Habituellement de forme cylindrique, ils comportent une virole fermée à une extrémité par un fond qui y est fixé fixé de façon définitive et, à l'autre extrémité (l'ouverture principale), par un bouchon ou couvercle amovible, souvent complexe, destiné au chargement et déchargement du contenu. Ces fermetures doivent rester étanches en situation accidentelle sévère, en particulier après des essais de chute réglementaires, comme une chute de 9 m sur une génératrice de la virole ou sur un angle du conteneur. fq L'ossature principale de la virole et des fermetures peut être constituée d'une épaisse couche d'un métal à forte résistance mécanique, par exemple un acier pouvant atteindre une épaisseur de plusieurs dizaines de centimètres; ainsi pour des conteneurs de transport et/ou stockage d'assemblages combustibles nucléaires ou de déchets vitrifiés, la virole en acier peut dépasser 25 ou 30 cm d'épaisseur, de même que le fond et le couvercle principal, l'ensemble du conteneur pouvant peser vide jusqu'à environ 120t et plein jusqu'à 150t ou davantage. Le blindage de l'ossature peut être complété par des couches de matériaux appropriés disposées à l'extérieur ou à l'intérieur du conteneur, sur la virole ou sur les fermetures d'extrémités. Un tel type de conteneur est schématiquement illustré par la figure 1, o l'on voit: en (1) la virole épaisse, par exemple en acier, recouverte d'autres couches 2,3 de matériaux absorbeurs de radiations, le système de fermeture principal comprenant deux couvercles, un couvercle primaire (4) et un couvercle secondaire de protection (5), amovibles, dont les dispositifs particuliers de fixation ou de contrôle ne sont pas représentés en (6) le fond inamovible fixé, dans ce cas, sur la virole (1) par une soudure (7) intéressant toute l'épaisseur de la virole en (8) des tourillons de manutention à cheval sur la soudure (7) et généralement soudés. Une soudure de ce type (7) est longue et difficile à effectuer compte tenu de la grande épaisseur d'acier à souder; elle requiert un soin particulier et de multiples contrôles en cours de confection puisqu'elle assure à elle seule le maintien du fond et l'étanchéité du conteneur. Pour simplifier ce problème de soudure, un autre dispositif de fermeture a été élaboré et est illustré par la figure 2. Le fond (6) a un diamètre extérieur égal à celui de la virole (1); il comporte un épaulement (9), pratiqué à la périphérie de la face intérieure (19) du fond (6), qui coopère avec le diamètre intérieur de la virole (1) et permet au fond (6) d'être positionné à frottement doux à froid, en s'emboîtant en partie à l'intérieur de la virole, et de s'appuyer sur la face de la section droite d'extrémité (10) de ladite virole (1). Un cordon de soudure périphérique (11) plus simple à réaliser et à contrôler que le précédent, maintient le fond (6) en place. Dans ce type de montage, c'est encore le cordon de soudure qui assure le maintien et l'étanchéité du fond (6) sur la viirole; c'est lui qui travaille en cas d'accident ou de chute du conteneur sur une génératrice de la virole ou sur un angle du fond. I1 doit donc, comme précédemment, être réalisé avec beaucoup de soin et particulièrement contrôlé. Il représente un point faible pouvant entrainer un risque de rupture. La demanderesse a cherché à pallier ces inconvénients et à mettre au point un dispositif de montage du fond de grande sécurité qui évite la présence de points faibles pouvant présenter des risques de rupture en cas de chute du conteneur, en particulier chutes en position horizontale ou oblique, qui sont les plus sévéres, mais également chutes en position verticale. Elle a également recherché un montage facile et économique à réaliser. DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention est un dispositif de fixation du fond d'un conteneur de transport et/ou stockage de matières fortement radioactives comportant une virole et un fond inamovible en métal épais, par exemple acier, la virole et le fond ayant respectivement une paroi intérieure et une paroi latérale cylindrique à section circulaire venant en contact l'une avec l'autre, caractérisé en ce que le fond est au moins partiellement situé à l'intérieur de la virole et est maintenu par frettage de ladite paroi latérale du fond par une partie de la paroi intérieure de la virole, cette partie ayant une forme circulaire identique à celle de la paroi latérale du fond. Ainsi, même dans le cas o la cavité du conteneur aurait une section droite non circulaire, la paroi latérale du fond coopère et est en contact intime avec la partie de la paroi intérieure de la virole qui l'enserre par frettage, leur interface circulaire étant réalisée le cas échéant par un lamage dans la paroi intérieure de la virole. Pour assurer le frettage, la paroi latérale du fond a un diamètre légèrement supérieur à celui de la paroi intérieure correspondante de la virole, et le fond est emboîté dans la virole après que ces deux composants ont été portés à des températures suffisamment différentes pour qu'un jeu de montage temporaire convenable apparaisse. Après emboîtement, la face extérieure du fond peut avantageusement ne pas dépasser du plan comprenant la face d'extrémité de la virole, le fond se trouvant ainsi entièrement situé dans la virole. Après refroidissement, la force de frettage se développe sur l'intégralité de la paroi latérale du fond, ou seulement sur une partie de son épaisseur, et suffit pour maintenir en place et fixer rigidement ledit fond et assurer une substantielle étanchéité . Le frettage est d'autant plus intense que la différence, à froid, entre le diamètre de la paroi latérale du fond et celui de la paroi intérieure correspondante de la virole est important. I1 est cependant recommandé que cette différence reste inférieure à une valeur limite au-delà de laquelle les contraintes de traction dans la virole et/ou de compression dans le fond dépasseraient le seuil jugé acceptable pour le matériau utilisé. Grâce au dispositif selon l'invention, on peut donc régler la force de frettage en réglant la valeur de l'excès du diamètre extérieur du fond à froid, par rapport au diamètre intérieur de la paroi intérieure correspondante de la virole également à froid. Ainsi, lorsque le fond et la virole sont en acier et pour un écart entre leur diamètre se situant entre 0,5 et 1%o(ce qui nécessite un écart de température de l'ordre de 200 K lors du montage), la contrainte de frettage à l'interface sera de l'ordre de 100 à 200 MPa, ce qui représente une valeur suffisante pour assurer la tenue du fond dans la virole,y compris en conditions accidentelles, pour les épaisseurs de fond généralement considérées. Le choix du métal épais pour confectionner la virole et le fond est très varié; il peut être guidé par les caractéristiques mécaniques, la résistance à la corrosion, la protection contre les radiations, etc... En cas de besoin on peut prendre des métaux différents pour le fond et la virole. De préférence le choix se fait parmi les aciers, le cuivre et ses alliages, par exemple les bronzes, etc... La virole peut comporter avantageusement des tourillons de manutention fixés sur sa paroi extérieure à proximité du fond et du couvercle. Avec le mode de fixation du fond selon l'invention, les tourillons situés vers le fond sont fixes directement sur la virole, par exemple par soudure, et dans ce cas la soudure n'interfère pas avec d'autres soudures contrairement à ce qui se passe dans l'art antérieur (voir par exemple fig. 1 et 2). En effet des soudures qui se croisent présentent en général des risques mutuels de fragilisation, ainsi l'absence d'interférence de soudures est un avantage supplémentaire dû à l'invention. Il peut être important de compléter le dispositif de l'invention par un cordon de soudure reliant l'arête périphérique de la face extérieure du fond à l'arête intérieure de la face d'extrémité de la virole. De même un second cordon de soudure en face interne du fond le long de son arête périphérique peut être également avantageux. Ces cordons qui ne sont pas fortement sollicités en conditions de chute, ont surtout pour rôle de garantir l'étanchéité du conteneur, (par exemple pour assurer le confinement des matières radioactives dans la cavité du conteneur ou pour éviter une contamination lors d'une immersion en piscine), notamment en cas de chute verticale ou oblique sur une arête inférieure du conteneur; ils ne nécessitent pas des contrôles aussi poussés que ceux pratiqués sur les soudures, décrites plus haut dans l'art antérieur (fig. 1-2), ces dernières ayant en outre un rôle essentiel dans la tenue mécanique du fond sur la virole et sa résistance aux chocs. Il est également avantageux, pour faciliter la mise en place du fond dans la virole, de pratiquer un épaulement, sur la face interne de celle-ci, coopérant avec un épaulement correspondant pratiqué sur la paroi latérale du fond. Ces épaulements complémentaires permettent un positionnement axial précis du fond et, sans diminuer la force de frettage de la virole sur le fond (force ajustable par la différence des diamètres), ils contribuent à améliorer la tenue du fond en particulier en cas de chute verticale sur poinçon au centre du fond. En cas de présence d'épaulements, le frettage se fait généralement sur le petit et le grand diamètre pour obtenir un double frettage. On peut aussi le réaliser uniquement sur le petit diamètre (situé vers la cavité du conteneur), dans ce cas on préfère placer l'épaulement davantage à proximité de la surface extérieure du fond pour que la hauteur de frettage sur le petit diamètre soit suffisante. Le dispositif selon l'invention, comportant un fond maintenu par frettage, est particulièrement adapté pour la fixation du fond de conteneurs de matières fortement radioactives ayant des parois (fond et virole) épaisses en métal, par exemple en acier, typiquement allant de cm à 50 cm et pesant plus de lot environ. Il permet de réaliser aisément des conteneurs répondant aux spécifications de la réglementation internationale en particulier en cas de chute ou de choc accidentels sévères (y compris la chute horizontale sur une génératrice de la virole ou oblique sur l'angle de la virole à proximité du fond) car aucune sollicitation n'affecte directement les cordons de soudure de l'interface fond-virole. Par ailleurs, les cordons de soudure, recommandé en particulier pour la garantie d'étanchéité, se satisfont de contrôles légers et ne posent donc pas de problème. La réalisation d'un tel dispositif est aussi particulièrement aisée puisqu'il ne nécessite, même en cas d'emploi d'épaulements, que des usinages habituels. La figure 3 illustre un conteneur équipé d'un fond inamovible selon la présente invention. La figure 3a représente un grossissement de l'interface fond-virole. Les repères 1,2,3,4,6,8,10 ont la même signification que dans les figures 1 et 2 de l'art antérieur. On voit que le fond (6) est situé à l'intérieur de la virole (1) en acier, ou autre métal résistant, a une paroi latérale périphérique (12) cylindrique à section circulaire qui est enserrée sur toute sa hauteur par une partie cylindrique identique (13) usinée dans la paroi intérieure (20) de la virole (1); dans le cas de la figure la face extérieure (14) du fond (6) ne dépasse pas du plan comprenant la face d'extrémité (10) de la virole (1). Le fond (6) est ainsi maintenu définitivement en place par frettage à l'aide de la virole (1) elle-même. La cavité (22) du conteneur a une forme telle (par exemple à section droite polygonale) que sa paroi intérieure (20) nécessite un lamage (21)(fig.3a) pour la mise en place du fond alors que pour d'autres formes de la cavité (22) (par exemple à section droite circulaire) le lamage n'est pas nécessaire (voir fig.3 en 18a). On voit également: - le cordon de soudure extérieur (17) qui relie l'arête périphérique de la face extérieure (14) du fond (6) à la virole, - le cordon de soudure intérieur (18, 18a) qui relie l'arête périphérique de face intérieure (19) du fond (6) à la virole; on voit qu'en (18a) la paroi intérieure (20) de la cavité ne possède pas de lamage (comme cela a été déjà dit). On voit encore en (15) deux épaulements coopérant l'un avec l'autre, l'un étant usiné dans la paroi interne (13) de la virole (1) et l'autre dans la paroi latérale (12) du fond (6). Il est à noter qu'il peut être avantageux de laisser, à froid, un jeu de montage entre fond (6) et virole (1) dans la partie verticale de grand diamètre (emplacement de la flèche 13) de l'épaulement et de prévoir que cette partie soit de préférence de hauteur réduite par rapport à la partie verticale de petit diamètre (emplacement de la flèche 12) qui doit assurer un frettage suffisant pour fixer le fond (6). Il est à noter également, comme cela a été déjà dit plus haut, que le lamage de la virole peut être absent, partiel ou total sur la face intérieure de ladite virole et qu'il peut coexister ou non avec l'épaulement (15); il peut aussi remplacer ledit épaulement (15). REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation du fond d'un conteneur de transport et/ou stockage de matières fortement radioactives comportant une virole (1) et un fond (6) inamovible épais en métal, la virole (1) et le fond (6) ayant respectivement une paroi intérieure (20) et une paroi latérale cylindrique à section circulaire (12) venant en contact l'une avec l'autre, caractérisé en ce que le fond (6) est au moins partiellement situé à l'intérieur de la virole (1) et est maintenu par frettage de ladite paroi latérale (12) du fond (6) par une partie de la paroi intérieure (13) de la virole (1), cette partie ayant une forme circulaire identique à celle de la paroi latérale (12) du fond (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face extérieure (14) du fond (6) et la face d'extrémité (10) de la virole (1) sont reliées par un cordon de soudure( 17). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face intérieure (19) du fond (6) est reliée à la virole (1) par un cordon de soudure (18-18a). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite partie de la paroi intérieure (13) de la virole (1) comporte un épaulement qui coopère avec un épaulement correspondant pratiqué dans la paroi latérale (12) du fond (6). 25e 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la paroi intérieure (20) de la cavité comporte un lamage (21). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le métal est choisi parmi les aciers, le cuivre, ses alliages, les bronzes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que des tourillons (8) de manutention sont fixes sur la paroi extérieure de la virole à proximité du fond (6).