Brevet FR2910614A1 — publié le 20080627

Procédé et système d'identification de risque de défaillance d'un ouvrage de confinement La présente invention concerne un procédé d'identification de risque de défaillance d'un ouvrage de confinement ou de stockage en béton. Elle vise également un système mettant en oeuvre ce procédé. Cette invention vise plus particulièrement un procédé et un système d'identification de risque de défaillance des fonctions de confinement d'un ouvrage de confinement en béton, prévu en particulier pour stocker ou entreposer des déchets faiblement et moyennement radioactifs. Une préoccupation majeure des exploitants d'ouvrages de confinement, tels que des ouvrages de stockage de déchets faiblement et moyennement radioactifs, est de maîtriser les risques de dégradation, d'une part des propriétés mécaniques de la structure en évitant la ruine des composants à court et à long terme, et d'autre part des propriétés de confinement en évitant la détérioration des composants sur de très longues durées pouvant atteindre plusieurs centaines d'années. Les systèmes de monitoring d'ouvrage actuellement existants permettent de réaliser une évaluation de ces risques par comparaison : - des déformations théoriques obtenus par calculs estimatifs réalisés en fonction de données relatives à l'ouvrage de confinement ; et - des déformations de l'ouvrage de confinement lors de la phase fonctionnelle de confinement. Ces déformations sont mesurées lors de la phase de stockage par des moyens de mesures comprenant des capteurs adéquats. 2910614 - 2 - Par phase fonctionnelle de stockage de l'ouvrage, on entend la phase de stockage à proprement dit de l'ouvrage, c'est-à-dire la phase qui commence une fois que l'ouvrage à 5 été rempli par le produit à stocker et fermé, par exemple par une dalle de fermeture. Cette phase correspond à la fonction principale de l'ouvrage de confinement qui est le stockage d'un produit et elle est prévue pour durer plusieurs centaines d'années. 10 On peut ainsi définir, par rapport à la phase de fonctionnelle de stockage, une phase de remplissage de l'ouvrage par le produit à stocker. Cette phase de remplissage correspond à la phase pendant laquelle l'ouvrage de confinement reçoit le produit destiné à être stocké par 15 cet ouvrage. Bien entendu, cette phase de stockage précède la phase fonctionnelle de stockage. Un but de l'invention est de proposer un procédé et un système d'identification de risques de défaillance d'un ouvrage de confinement plus performants que les procédés et 20 systèmes existants. La présente invention permet d'atteindre ce but par un procédé d'identification de risques de défaillance d'un ouvrage de confinement, notamment d'un ouvrage de confinement essentiellement en béton, destiné à stocker un produit, ledit 25 procédé comprenant les étapes suivantes : -détermination, en fonction de données relatives audit ouvrage et/ou audit produit, d'un comportement théorique prévu dudit ouvrage lors d'une phase de remplissage dudit ouvrage par ledit produit à 30 stocker ; 2910614 3 -détermination d'un comportement réel dudit ouvrage lors de ladite phase de remplissage dudit ouvrage par ledit produit ; et - détermination, par comparaison desdits 5 comportements théorique et réel, des risques de défaillance dudit ouvrage. A la différence des procédés et systèmes actuels, le procédé selon l'invention permet l'identification des risques de défaillance d'un ouvrage de confinement, et notamment un 10 ouvrage de confinement en béton, par la comparaison du comportement théorique et réel de cet ouvrage pendant la phase de remplissage de l'ouvrage par le produit à stocker. En effet, ces ouvrages, généralement composés d'un ensemble radier / voile / dalle de fermeture en béton, peuvent 15 être particulièrement vulnérables lors de leur phase de remplissage, pendant laquelle leur état de contraintes évolue progressivement. Cet état pouvant se révéler être le plus sévère dans le cycle de vie dudit ouvrage. En se basant essentiellement sur la phase de remplissage 20 d'un ouvrage de confinement, le procédé selon l'invention permet de surveiller et de fournir des indicateurs d'aide à la décision concernant la phase de remplissage d'ouvrages de stockage afin de préserver leurs fonctions de confinement à court et long terme. En effet, par la mesure du comportement 25 de l'ouvrage en phase de remplissage, le procédé selon l'invention permet : - d'anticiper les défaillances éventuelles, de suivre les risques liés à la tenue de la structure, et donc de maîtriser l'exploitation des ouvrages de confinement 30 pour la gestion des risques de défaillance à court terme; 2910614 4 - de conforter les hypothèses de dimensionnement des ouvrages à venir ; - de tracer le comportement de l'ouvrage pendant cette phase de remplissage, et ainsi de fournir un dossier 5 complet pouvant être consulté pendant toute la durée de vie des ouvrages pour la gestion des risques de défaillance à long terme ; Ainsi, le procédé selon l'invention rend possible le contrôle des risques et des impacts à court et long terme de 10 cette phase de remplissage, en surveillant le comportement des composants sous chargement progressif. Avantageusement, la détermination du comportement théorique de l'ouvrage peut comprendre au moins une simulation dudit comportement théorique réalisée dans des 15 moyens de simulation. La simulation prend en compte des données relatives à l'ouvrage, dimensions, composants, matériaux et des données relatives au produit à stocker ainsi que des données relatives au procédé de remplissage de l'ouvrage par le produit. Le comportement théorique de 20 l'ouvrage correspond au comportement de l'ouvrage que l'on prévoit lors d'une phase de remplissage de l'ouvrage par le produit à stocker. La détermination du comportement réel de l'ouvrage peut comprendre au moins une mesure dudit comportement réel 25 réalisée sur l'ouvrage lors du remplissage dudit ouvrage par le produit à stocker. Le comportement réel de l'ouvrage correspond au comportement de l'ouvrage pendant qu'il est rempli par le produit à stocker. Avantageusement, la détermination du comportement 30 théorique et/ou réel de l'ouvrage peut comprendre une détermination d'au moins une déformation d'au moins un composant dudit ouvrage lors de la phase de remplissage. Pour 2910614 - 5 la détermination du comportement théorique, la déformation est déterminée de manière théorique, par exemple par simulation à partir de données relatives à l'ouvrage ou des données relatives à une déformation constatée sur un ouvrage 5 similaire lors de sa phase de remplissage. Pour la détermination du comportement réel, la déformation est déterminée par mesure sur l'ouvrage pendant la phase de remplissage. La déformation en question peut comprendre au moins une 10 déformation élastique d'au moins un composant de l'ouvrage. Dans ce cas, l'étape de détermination du comportement réel de l'ouvrage pendant la phase de remplissage peut comprendre une mesure de cette déformation élastique par des capteurs adéquatement placés sur ledit ouvrage. 15 La déformation en question peut aussi comprendre une déformation par micro dégradation d'au moins un composant dudit ouvrage. Dans ce cas l'étape de détermination du comportement réel de l'ouvrage peut comprendre au moins une mesure acoustique d'une déformation par micro dégradation. 20 Ces mesures sont bien connues de l'homme du métier. Par micro dégradation on entend une micro fissure ou une micro fracture pouvant se produire au niveau d'un composant de l'ouvrage de confinement, soit en partie interne au matériau, soit en partie visible externe. 25 Avantageusement, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape de proposition d'une solution de sécurisation dudit ouvrage en fonction des risques de défaillance déterminés. Parmi les solutions de sécurisation on peut citer : 30 - un renforcement de l'ouvrage à des emplacements particuliers ; 2910614 - 6 - un arrête du remplissage de l'ouvrage à un niveau déterminé en fonction des risques de défaillance ; -une augmentation de la surveillance de l'ouvrage à des emplacements particuliers ; ou 5 - un arrêt partiel ou total d'exploitation. Les données relatives à l'ouvrage de confinement peuvent comprendre : - des données expérimentales relatives à la phase de remplissage d'un ouvrage similaire ; 10 - des données de test ou de simulations ; - des données relatives à la composition de l'ouvrage ; - des données relatives à chacun des composants de l'ouvrage ; 15 Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut comprendre un stockage, sur une base de données, d'informations relatives au comportement réel de l'ouvrage lors de la phase de remplissage. Ces données peuvent être utilisées ultérieurement pour déterminer le comportement 20 théorique d'un ouvrage de confinement similaire pendant la phase de remplissage lors de la détermination de risques de défaillance de cet ouvrage. Dans un mode d'utilisation particulier, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour l'identification de 25 risques de défaillance d'un ouvrage de confinement de déchets radioactifs. Ces ouvrages de confinement sont, la plupart du temps, des ouvrages en béton se présentant sous la forme d'un ensemble radier/voile/dalle de fermeture . 30 Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un système d'identification de risques de défaillance d'un ouvrage de confinement, notamment d'un ouvrage de confinement 2910614 - 7 - essentiellement en béton, destiné à stocker un produit, ledit système comprenant : - des moyens pour déterminer, en fonction de données relatives audit ouvrage et/ou audit produit, un 5 comportement théorique dudit ouvrage lors d'une phase de remplissage dudit ouvrage par ledit produit à stocker ; - des moyens pour déterminer un comportement réel dudit ouvrage lors de ladite phase de remplissage 10 dudit ouvrage par ledit produit ; et - des moyens de calcul pour déterminer, par comparaison desdits comportements théorique et réel, des risques de défaillance dudit ouvrage. Les moyens pour déterminer le comportement réel de 15 l'ouvrage comprennent des capteurs prévus pour mesurer une déformation élastique d'au moins un composant dudit ouvrage. Ces capteurs peuvent soit être coulés dans le béton des composants d'un ouvrage en béton (montage prenant appui sur les armatures si béton armé), soit être montés sur les faces 20 externes des composants de l'ouvrage en vue d'un démontage une fois le remplissage terminé. Ce choix peut par exemple dépendre de la présence ou non de matières organiques dans les capteurs. Dans un mode de réalisation particulier ces capteurs peuvent comprendre des capteurs de type fibre 25 optique ou de clinomètres. Les moyens pour déterminer le comportement réel de l'ouvrage peuvent aussi comprendre des capteurs prévus pour mesurer une déformation par micro dégradation d'au moins un composant dudit ouvrage. Dans un mode de réalisation 30 particulier ces moyens peuvent comprendre par exemple des capteurs acoustiques adéquatement placés pour déterminer une déformation par micro dégradation d'un composant de 2910614 8 l'ouvrage. En effet, une micro dégradation peut, au dessus d'un certain niveau, produire un signal acoustique pouvant être mesuré par des capteurs acoustiques. En utilisant plusieurs capteurs acoustiques on peut déterminer 5 l'emplacement de la micro dégradation par triangulation, par exemple. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode 10 de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une représentation schématique d'un ouvrage de confinement ; - la figure 2 est un organigramme de principe de 15 détermination de risques défaillance d'un ouvrage de confinement conformément au procédé selon l'invention; - la figure 3 est une représentation des déformations d'un ouvrage de confinement lors de la phase de remplissage de cet ouvrage ; 20 - la figure 4 est une représentation schématique d'un système de détermination des risques de défaillance d'un ouvrage de confinement grâce au procédé selon l'invention ; et 25 La figure 1 est une représentation d'un ouvrage 10 de confinement de déchets faiblement ou moyennement radioactifs. L'ouvrage de confinement 10 se présente sous la forme d'un réservoir parallélépipédique en béton armé comportant un radier 11, et des voiles 12. 30 Cet ouvrage de stockage 10 de déchets radioactifs est muni de capteurs 13 qui sont soit coulés dans le béton des composants et notamment des voiles 12 par un montage prenant 2910614 9 appui sur les armatures, soit montés sur les faces externes des voiles 12 en vue d'un démontage une fois le remplissage terminé. Ce choix dépend de la présence ou non de matières organiques dans les capteurs. Dans l'exemple présent, les 5 capteurs 13 sont composés de capteurs de type fibre optique ou d'inclinomètres prévus pour mesurer les déformations des voiles lors du remplissage du réservoir 10 ainsi que de capteurs acoustiques prévues pour mesurer les déformations par micro dégradations : micro fissures ou micro fractures. 10 Le réservoir 10 sera rempli dans le sens des flèches 14 montrées en figure 1. La figure 2 montre un organigramme de principe de détermination de risques défaillance de l'ouvrage de confinement 10 conformément au procédé selon l'invention. En 15 fonction des données d'entrée relatives au réservoir 10, au produit à stocker ainsi qu'au procédé de remplissage du réservoir 10 et des hypothèses de dimensionnement, un outil prédictif 21 permet de modéliser de manière analytique le comportement théorique du réservoir 10 et de fournir des 20 indicateurs relatifs à ce comportement lors de la phase de remplissage. Parmi ces indicateurs, on trouve des indicateurs relatifs aux déformations théoriques attendues Dth sur le réservoir 10. Ces indicateurs sont communiqués à un module 22 d'analyse et de détermination de risques de défaillance. 25 On vient remplir ce réservoir avec un fluide hétérogène, radioactif, de densité variable, en plusieurs étapes. Lors de la phase de remplissage un bloc monitoring 23, fournit les déformations Dmon réelles mesurées grâce aux capteurs 13 placés sur le réservoir 10. Ces déformations Dmon sont, d'une 30 part enregistrées pour une utilisation ultérieure lors de la modélisation des déformations théoriques d'un autre ouvrage de confinement similaire au réservoir 10, et d'autre part 2910614 - 10 - envoyées vers le module 22 d'analyse et de détermination de risques de défaillance. Le bloc 22 détermine alors, par comparaison des déformations théoriques Dth calculées par l'outil prédictif 5 21 et des déformations mesurées Dmon lors du monitoring de la phase de remplissage par le module 23, les risques de défaillance du réservoir 10. En fonction de ces risques, un bloc 24 propose des solutions de sécurisation du réservoir 10 en fonction des risques de défaillance déterminés. 10 Nous nous intéressons dans notre exemple à la déformation subie par un voile 12 du réservoir 10, en son axe médian représenté par la flèche 31 sur la figure 3, tout au long de la phase de remplissage. La figure 3 est une représentation de la modélisation de la déformation des 15 voiles 12 de ce réservoir 10 conformément aux hypothèses réglementaires de dimensionnement. Cette modélisation, réalisée par l'outil prédictif 21, permet d'obtenir les déformations théoriques Dth prévisibles de chacun des voiles 12 pour une hauteur du remplissage mis en place. Les 20 déformations théoriques des voiles 12 sont déterminées par rapport à un axe 32 représenté sur cette figure 3. A l'instant ti, la hauteur hi de remplissage a été mise en place : à cette hauteur hi correspond un état de déformation bien spécifique des voiles 12, prédéterminé par les résultats 25 de la modélisation. Plusieurs modélisations sont réalisées, pour un nombre pertinent de hi, fonction de la hauteur totale des voiles 12. Ainsi, à l'instant ti, on possède l'ensemble des déplacements théoriques Dth(hi, z) du voile 12 le long de l'axe z. Le tableau ci-dessous donne les déformations 30 théoriques Dth(hi, z) théoriques prévues pour les voiles 12 du réservoir 10 en fonction de la hauteur de remplissage : 2910614 -11. - Déplacements théoriques DtMmt) réglementaires h, : hauteur du remplissage à l'instant t, [m] prévus le long du voile à l'instant t; (résultats des 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 modélisations, suivant Ox) ordonnée du voile z [m] 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,6 0,4 0,2 0,5 0,6 0,6 0,7 0,7 0,6 0,1 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,8 0,0 0,2 0,3 0,5 0,7 0,8 1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,5 0,9 1,2 0,0 0,0 0,1 0,2 0,4 1,0 1,4 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 0,8 1,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 1,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Ces déformations théoriques Dth(hi, z), obtenues par l'outil prédictif 21 par simulation analytique sont fournies au module 22 d'analyse et de détermination de risques de 5 défaillance. Par ailleurs, a chaque instant ti correspondant à la mise en place d'une hauteur hi de remplissage, une saisie des données des capteurs 13 est réalisée et sauvegardée par le module 23 de monitoring. On obtient ainsi les déplacements 10 réels Dmon(hi, z) le long de l'axe médian 31 des voiles 12. Ces déformations Dmon(hi, z) sont fournies au module 22 d'analyse et de détermination de risques de défaillance. Ainsi le module 22 d'analyse et de détermination de risques de défaillances reçoit : 15 -les déformations théoriques Dth(hi, z), obtenues par l'outil prédictif 21 par simulation analytique ; et - les déformations réelles Dmon(hi, z), obtenues par le module 23 de monitoring grâce aux capteurs 13. A chaque instant ti les déformations théoriques Dth(hi, z) et 20 réelles Dmon(hi, z) sont comparées. On compare ainsi l'état de déformée théorique du voile avec son état de déformée réel : concrètement, pour chaque ordonnée z, on compare Dth (hi, z) et Dmon (hi, z) 2910614 - 12 - Les risques de défaillance des voiles 12, calculés par le module 22, sont directement liés aux écarts entre Dth(hi, Z) et Dmon(hi, z). A titre d'exemple, on peut définir 3 niveaux de risque, liés à trois niveaux d'écart, et les solutions de 5 sécurisation recommandée pour chaque niveau de risque : Risque moyen Décision recommandée à l'exploitant Risque faible Ecart I Dmon(hi, z)I ! Dth(hi,z)1 =y Niveau de risque si y? 0,6 si 0,6 0,8 RAS: le remplissage peut être poursuivi normalement Alerte mineure : le suivi des déformées doit être accentué Alerte majeure : le remplissage doit être interrompu ; une démonstration doit justifier la reprise du remplissage (ex: exploitation de la capacité d'adaptation plastique des fers passifs, ou proposition d'un confortement de la structurel Tel que montré en figure 4, l'exploitant 41, à l'aide de cette approche, dispose ainsi d'indicateurs d'aide à la décision permettant la maîtrise des risques de remplissage 10 d'un ouvrage de confinement 10 et des risques de défaillances de l'ouvrage liés au comportement de l'ouvrage lors de la phase de remplissage. Il dispose de moyens de calculs 42 prévus pour déterminer par simulation le comportement théorique de l'ouvrage pendant une phase de remplissage, des 15 moyens de monitoring prévus pour déterminer le comportement réel de l'ouvrage 10 pendant la phase de remplissage et des moyens de calcul 43 prévus pour déterminer les risques de défaillances ainsi des moyens de proposition d'une solution de sécurisation pour chaque niveau de risque détecté. 20 Bien sûr, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit et de nombreux aménagements peuvent être apportés à cet exemple sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'identification de risques de défaillance d'un ouvrage de confinement (10), notamment d'un ouvrage de confinement essentiellement en béton, destiné à stocker ou à entreposer un produit, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - détermination, en fonction de données relatives audit ouvrage (10) et/ou audit produit, d'un comportement théorique prévu dudit ouvrage (10) lors d'une phase de remplissage dudit ouvrage (10) par ledit produit à stocker ; - détermination d'un comportement réel dudit ouvrage (10) lors de ladite phase de remplissage dudit ouvrage (10) par 15 ledit produit ; et - détermination, par comparaison desdits comportements théorique et réel, des risques de défaillance dudit ouvrage (10). 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination du comportement théorique de l'ouvrage (10) comprend au moins une simulation dudit comportement théorique réalisée dans des moyens de simulation (21). 25 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination du comportement réel de l'ouvrage (10) comprend au moins une mesure dudit comportement réel réalisée sur ledit ouvrage (10) lors du remplissage dudit ouvrage (10) par le produit à 30 stocker. 2910614 - 14 - 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination du comportement théorique et/ou réel de l'ouvrage (10) comprend une détermination d'au moins une déformation (Dth, Dmon) d'au 5 moins un composant (12) dudit ouvrage (10) lors de la phase de remplissage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la déformation comprend au moins une déformation élastique d'au 10 moins un composant (12) de l'ouvrage (10). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de détermination du comportement réel de l'ouvrage (10) comprend une mesure d'une déformation élastique par des capteurs (13) adéquatement placés sur ledit ouvrage (10). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendication 4 à 6, caractérisé en ce que la déformation comprend une déformation par micro dégradation d'au moins un composant (12) dudit ouvrage (10). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de détermination du comportement réel de l'ouvrage (10) comprend au moins une mesure acoustique d'une déformation par micro dégradation. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de proposition d'une solution de sécurisation dudit ouvrage (10) en fonction des risques de défaillance déterminés. 2910614 - 15 - 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données relatives au audit ouvrage (10) comprennent des données expérimentales relatives à la phase de remplissage d'un ouvrage similaire. 5 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un stockage, sur une base de données, d'informations relatives au comportement réel de l'ouvrage (10) lors de la phase de 10 remplissage. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour l'identification de risques de défaillance d'un ouvrage (10) 15 de confinement de déchets radioactifs. 13. Système d'identification de risques de défaillance d'un ouvrage de confinement, notamment d'un ouvrage de confinement (10) essentiellement en béton, destiné à stocker un produit, 20 ledit système comprenant : - des moyens (21) pour déterminer, en fonction de données relatives audit ouvrage (10) et/ou audit produit, un comportement théorique dudit ouvrage (10) lors d'une phase de remplissage dudit ouvrage (10) 25 par ledit produit à stocker ; - des moyens (23) pour déterminer un comportement réel dudit ouvrage (10) lors de ladite phase de remplissage dudit ouvrage (10) par ledit produit ; et - des moyens de calcul (22) pour déterminer, par 30 comparaison desdits comportements théorique et réel, des risques de défaillance dudit ouvrage (10). 2910614 - 16 - 14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens (23) pour déterminer le comportement réel de l'ouvrage (10) comprennent des capteurs (13) prévus pour mesurer une déformation élastique d'au moins un composant 5 (12) dudit ouvrage (10). 15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que les capteurs (13) prévus pour mesurer une déformation élastique comprennent des capteurs de type fibre optique ou 10 clinomètre. 16. Système selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les moyens (23) pour déterminer le comportement réel de l'ouvrage (10) comprennent des capteurs 15 (13) prévus pour mesurer une déformation par micro dégradation d'au moins un composant (12) dudit ouvrage (10). 17. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que les capteurs (13) prévus pour mesurer une déformation par 20 micro dégradation comprennent des capteurs acoustiques.