Brevet FR3020713A1 — publié le 20151106

STRUCTURE MODULAIRE DE RENFORCEMENT DE L'ETANCHEITE A L'AIR D'ENCEINTE DE CONFINEMENT, MODULES CONSTITUTIFS DE CETTE STRUCTURE, LEUR PROCEDE DE MISE EN PLACE ET DE DEMONTAGE La présente invention porte sur une structure modulaire de renforcement de l'étanchéité à l'air d'enceinte de confinement, notamment pour le chemisage externe des enceintes internes des centrales nucléaires, sur les modules constitutifs et sur leur procédé de mise en place et de démontage. Dans le cadre du prolongement de la durée de vie des centrales nucléaires de 40 ans à 60 ans, il est nécessaire de renforcer l'étanchéité à l'air des enceintes de confinement à double paroi des réacteurs nucléaires des générations P4, P4' et N4. Dans le cadre légal actuel, l'étanchéité à l'air de ces enceintes est vérifiée périodiquement en leur faisant subir un test de gonflement représentatif des cas accidentels de dimensionnement. Le résultat des tests les plus récemment réalisés laisse apparaitre qu'un certain nombre de ces enceintes approche la limite autorisée. En tenant compte du vieillissement du béton, et des pertes de précontrainte par fluage, les limites autorisées par la loi ont une forte probabilité d'être dépassées dans quelques années. Il est donc important de prévenir de tels dépassements et d'accroître les marges de sécurité en renforçant l'étanchéité à l'air de ces enceintes. L'enceinte contribue au confinement des matières radioactives présentes dans le circuit primaire. Elle est la dernière barrière de confinement d'un ensemble de trois barrières qui sont constituées par : - La gaine du combustible - Le circuit primaire - L'enceinte de confinement. La troisième barrière de confinement est composée de trois éléments indépendants : l'enceinte interne qui maintient le confinement des matières radioactives dans le volume du bâtiment réacteur ; l'espace intermédiaire qui joue un rôle de confinement dynamique (volume en dépression vis à vis de l'extérieur, contrôle de la radioactivité et traitement de l'air avant rejet) en cas de perte d'étanchéité de l'enceinte interne ; l'enceinte externe du bâtiment participe au confinement par la création de cet espace intermédiaire, et assure la résistance aux agressions extérieures potentielles. Pour prévenir des défauts d'étanchéité à l'air de l'enceinte interne, il est donc envisagé de renforcer la paroi externe de l'enceinte interne. Le renforcement de cette paroi doit pouvoir être réalisé de façon totale mais également partielle si seules des zones de l'enceinte sont fragilisées. Il serait également avantageux que ce renforcement puisse être réversible pour pouvoir être lui-même remplacé dans quelques années ou dizaines d'années par des systèmes différents ou plus performants sans que l'enceinte interne ne soit endommagée. Les présents inventeurs ont trouvé qu'il était possible d'améliorer la perméabilité à l'air d'un support, notamment d'une enceinte de confinement de centrale nucléaire, en mettant en place sur le support dont l'étanchéité à l'air doit être améliorée, une structure modulaire de renforcement comprenant un réseau continu de modules constitués chacun d'un cadre métallique insérant une plaque en béton fibré ultra-haute performance BFUHP, ledit cadre métallique étant fixé de manière étanche sur le support. La structure selon l'invention étant modulaire, elle est facilement adaptable à un recouvrement partiel du support devant être recouvert. Ainsi, il sera possible de placer les modules sur toute la surface du support ou bien uniquement sur les surfaces de support où des défaillances d'étanchéité sont apparues ou sont susceptibles d'apparaître. Dans la structure selon l'invention, le cadre métallique d'un module est de forme générale polyédrique, de préférence rectangulaire ou hexagonale. Toutes les dimensions sont envisageables. Par exemple, le cadre métallique peut être un rectangle de lm*3m. Lorsque les cadres métalliques sont hexagonaux, ils sont avantageusement disposés en un réseau en forme de nid d'abeille. Lorsque les cadres métalliques sont rectangulaires, 25 ils sont avantageusement disposés en quinconce. Dans la structure selon l'invention, le profil d'un cadre métallique est un profil oméga. Ce profil sera plus précisément décrit ci-dessous en lien avec le module. Le cadre métallique peut être réalisé en acier aux 30 caractéristiques mécaniques courantes ou bien en acier inoxydable. L'invention porte également sur les modules de renforcement de l'étanchéité à l'air d'un support. Chaque module comprend un cadre métallique insérant de façon étanche une plaque de béton fibré à ultra-haute performance BFUHP. Le module selon l'invention présente une forme générale polyédrique, de préférence rectangulaire ou hexagonale. Dans la structure, ou le module, selon l'invention, 10 une plaque de béton fibré à ultra haute performance (BFUHP) est enserrée de façon étanche dans le cadre métallique. La plaque de béton BFUHP présente une épaisseur adaptée selon l'étanchéité à l'air requise. De façon 15 générale, cette épaisseur est de 10 à 15 cm environ. Ce béton fibré a des caractéristiques mécaniques et intrinsèques proches de celui qui serait nécessaire dans le cadre des revêtements d'enceinte (en termes de compacité, de retrait et de tenue mécanique). 20 Les caractéristiques vis-à-vis de la perméabilité à l'air de ce revêtement doivent être équivalentes au support non détérioré (dans son ensemble) qu'il est destiné à renforcer. Ainsi, la plaque en béton fibré est réputée étanche 25 (avec une perméabilité, à l'air, équivalente à la paroi de l'enceinte interne saine). Le BFUHP est un matériau à matrice cimentaire, renforcé par des fibres. Sa formulation fait appel à des adjuvants (par exemple superplastifiants, réducteurs 30 d'eau), des compositions granulaires spécifiques (par exemple 4 à 5 échelles de grains), un fort dosage en ciment des fibres et une teneur en eau très faible (rapport eau/ciment La structure et/ou le module est applicable sur les différentes parties de l'enceinte : - sur le cylindre ; - au droit des traversées avec la mise en oeuvre de pièce de cadre adapté ou de prolongation de tubes de réservation ; - au droit des sas (matériel et personnel). L'invention sera décrite de façon plus détaillée en lien avec les dessins sur lesquels : - la figure 1 représente une coupe transversale d'un 5 module de renforcement de l'étanchéité à l'air fixé sur un support ; la figure 2 représente un agrandissement du profil oméga (partie A) de la figure 1 ; - la figure 3 représente une coupe transversale des 10 moyens de fixation mis en place sur un support ; - la figure 4 représente une coupe transversale d'un module de renforcement de l'étanchéité à l'air fixé sur un support avec les efforts dus au retrait après coulage du béton ; 15 - la figure 5 représente schématiquement une structure modulaire montée en quinconce ; - la figure 6 représente schématiquement une structure modulaire en nid d'abeille ; - les figures 7a-7d sont des représentations en coupe 20 transversale d'un module de renforcement de l'étanchéité à l'air fixé sur un support lors des différentes étapes d'un test de mise sous pression de 4,5 bars, selon l'exemple 2 ; les figures 8a-8d sont des représentations en coupe 25 transversale d'un module de renforcement de l'étanchéité à l'air fixé sur un support lors des différentes étapes d'un test de mise sous pression de 6,5 bars, selon l'exemple 3. 30 La figure 1 représente un module 1 de renforcement de l'étanchéité à l'air fixé sur un support 2. Le module comprend un cadre métallique 3 entourant une plaque 4 en béton fibré à ultra haute performance (BFUHP). Le cadre métallique présente un profil Oméga 5 dont la structure détaillée est donnée ci-après en lien avec la figure 2. Le profil Oméga 5 est fixé au support 2 à l'aide de chevilles 6 à verrouillage de forme. La plaque 4 de béton est fixée au support 2 dans sa partie centrale par des paires (une seule est représentée sur la figure 1) de goujons 7 scellés par une résine 8 dans le support. Le profil Oméga 5 permet de solidariser deux modules de renforcement de l'étanchéité 1 entre eux. Il comprend deux parties plates 9a destinées à être en appui sur le support 2 et à supporter la zone périphérique de chacune des plaques de BFUHP qu'il permet de solidariser. Ces deux parties plates 9a se prolongent chacune par une partie oblique 9b. Les extrémités libres 9c des parties obliques 9b sont en vis-à-vis et se rejoignent par une zone 10 en accordéon, formant ainsi la chambre de déformation du profil Oméga. Sur chacune des parties obliques 9b du profil Oméga est soudée perpendiculairement une protubérance 11 en T. Le profil Oméga est fixé au support par des chevilles 6 à verrouillage de forme qui traversent chacune les parties 9a du profil destinées à être en appui sur le support. L'étanchéité entre le support et le cadre métallique est assurée d'une part par un joint plat 12 disposé sous les parties 9a du profil en contact avec le support 2 et d'autre part par un joint torique 13 disposé dans la chambre de déformation du profil Oméga. Les figures 3 et 4 illustrent le procédé de mise en 30 place d'un module 1 de renforcement de l'étanchéité à l'air sur un support 2. Dans une première étape, illustrée par la figure 3, le cadre métallique 3 est fixé au support par les profils Oméga 5 et des paires de connecteurs 7 sont fixés au support 2 dans la partie centrale délimitée par le cadre métallique 3. Une fois le support métallique fixé, le béton BFUHP est coulé dans le cadre métallique. La tête des connecteurs 7 et les éléments 10 et 11 du profil Oméga se trouvent noyés dans la masse de BFUHP solidarisant ainsi la plaque de béton BFUHP 4 et le cadre métallique 3. Sur la figure 5 une structure en quinconce 100 est formée de différents modules rectangulaires 101, formant un réseau continu. Chaque module comprend un cadre métallique rectangulaire 103 dans lequel est insérée de manière étanche une plaque de BFUHP 104. Les différents modules sont fixés sur le support 102 par des chevilles 106 traversant la patte 109a du profil Oméga du cadre métallique. Sur la figure 6, la structure en nid d'abeille 200 est formée de différents modules hexagonaux 201, formant un réseau continu. Chaque module comprend un cadre métallique hexagonal 203 dans lequel est insérée de manière étanche une plaque de BFUHP 204. Les différents modules sont fixés sur le support 202 par des chevilles 206 traversant la patte 209a du profil Oméga du cadre métallique. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'exemples non limitatifs donnés à titre d'illustration seulement. EXEMPLES EXEMPLE 1 : Préparation d'un module de chemisage Un module de chemisage tel que décrit sur la figure 1 est mis en place sur un support. Sous les parties plates du profil Oméga du cadre métallique sont disposés des joints plats et dans la cavité de déformation du profil Oméga est placé un joint torique en élastomère EPDM (éthylène-propylène diène monomère). Le cadre métallique en acier, rectangulaire lm*3m, est fixé sur sa périphérie par des chevilles HILTI® à verrouillage de forme. Dans la zone centrale délimitée par le cadre métallique 3 paires de goujons sont fixées au support par scellage avec de la résine étanche à l'air de type RE500 de chez HILTI®. La tête des goujons dépassant de 10 cm. Un coffrage est disposé sur les faces du cadre métallique, laissant un espace de 15 cm, et le béton BFUHP est coulé dans le coffrage puis séché pendant 24h à température ambiante. Après 2 jours, le coffrage peut être retiré. Le BFUHP ne subit pas de traitement thermique et présente les caractéristiques suivantes : - Module de traction à 28 jours : de 6 à 10 MPa - Module de flexion : de 18 à 35 MPa - Retrait à 28 jours : inférieur à 350 pm/m à 50% HR - Perméabilité à l'air : au moins de 2. 10%19 m2 (selon norme XP P 18-463) à 90 jours. Après séchage, on observe que le retrait du BFUHP de 300pm/m a conduit à un léger déplacement du cadre métallique vers l'intérieur du module comme illustré sur la figure 4. Les goujons et les chevilles ont subi une légère rotation (d'angle a) vers la périphérie du module. Les contraintes liées au retrait sont totalement absorbées par les chevilles et les goujons, notamment grâce à la résine de scellage. EXEMPLE 2 : Test de mise sous pression 4,5 bars Un module préparé et fixé comme dans l'exemple 1 est soumis à un test règlementaire de montée en pression à 4,5 bars. L'évolution du module en l'absence de fuite dans le support est représentée sur les figures 7a à 7c. Une pression de 4,5 bars est appliquée sous le support sur lequel est placé le module. Sous l'effet de la pression, la plaque de béton se déforme (figure 7a). Elle subit un allongement longitudinal dl vers la périphérie de l'ordre de 300pm/m et un gonflement de l'ordre de lOpm/m. Pour supporter les contraintes de déformation, le cadre se déplace vers la périphérie d'une distance dl et les goujons et chevilles subissent une rotation vers la périphérie d'un angle al. Lors du retour à la pression atmosphérique (figure 7b), le module retrouve son état initial correspondant à celui de la figure 4. Il peut également prendre un état intermédiaire, tel que représenté sur la figure 7c, avec un déplacement d'légèrement supérieur à d mais inférieur à d+dl et une rotation d'angle a' légèrement supérieur à l'angle a mais inférieur à al. En présence d'une fuite, on n'observe pas de décollement ni de déformation de la plaque de béton la valeur de la pression Pa étant faible, voire nulle (figure 7 d). Un très léger allongement longitudinal dl est observé qui provoque une légère rotation des goujons 30 d'un angle a2 très légèrement supérieur à al. EXEMPLE 3 : Test de mise sous pression 6,5 bars L'exemple 2 est répété en mettant en oeuvre une pression de 6,5 bars. L'évolution du module est représentée sur les figures 8a à 8c en l'absence de fuite 5 et 8d en présence d'une fuite. Une pression de 6,5 bars est appliquée sous le support sur lequel est placé le module. Sous l'effet de la pression, la plaque de béton se déforme (figure 8a). 10 Elle subit un allongement longitudinal d2 vers la périphérie et un gonflement qui sont légèrement supérieurs à ceux obtenus après mise sous pression de 4,5 bars. Pour supporter les contraintes de déformation, le cadre se déplace vers la périphérie d'une distance d2 et 15 les goujons et chevilles subissent une rotation vers la périphérie d'un angle a2. Lors du retour à la pression atmosphérique, le module retrouve son état initial correspondant à celui de la figure 4. Il peut également prendre un état 20 intermédiaire, tel que représenté sur la figure 8c, avec un déplacement d'légèrement supérieur à d mais inférieur à d+d2 et une rotation d'angle a' légèrement supérieur à l'angle a mais inférieure à a2. 25 En présence d'une fuite, on n'observe pas de décollement ni de déformation de la plaque de béton la valeur de la pression Pa étant faible, voire nulle (figure 8d). Un très léger allongement longitudinal dl est observé qui provoque une légère rotation des goujons 30 d'un angle a'2 très légèrement supérieur à al. REVENDICATIONS1. Structure modulaire de renforcement de l'étanchéité à l'air d'un support comprenant un réseau continu de cadres métalliques fixés de façon étanche sur le support, chacun des cadres métalliques insérant une plaque en béton fibré à ultra-haute performance BFUHP. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque cadre métallique est 10 de forme générale polyédrique, de préférence rectangulaire ou hexagonale. 3. Structure selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque cadre métallique est hexagonal et les cadres sont 15 disposés en un réseau en forme de nid d'abeille. 4. Structure selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque cadre métallique est rectangulaire et les cadres sont disposés en quinconce. 20 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que chaque cadre métallique présente un profil oméga. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le 25 BFUHP présente les caractéristiques suivantes : - Module de traction à 28 jours : de 6 à 10 MPa MOdule de flexion : de 18 à 35 MPa Retrait à 28 jours : inférieur à 350 pm/m à 50% HR - Perméabilité à l'air : au moins de 2. 10-18 m2 (selon 30 norme XP P 18-463) à 90 jours. 7. Structure selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que le profil en Oméga est doté d'une partie supérieure élastique. 8. Module de renforcement de l'étanchéité à l'air d'un support comprenant un cadre métallique insérant une plaque de béton fibré à ultra-haute performance BFUHP. 9. Module selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il présente une forme générale polyédrique, de préférence rectangulaire ou hexagonale. 10. Module selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que le BFUHP présente les caractéristiques suivantes : - Module de traction à 28 jours : de 6 à 10 MPa - Module de flexion : de 18 à 35 MPa - Retrait à 28 jours : inférieur à 350 pm/m à 50% HR - Perméabilité à l'air : au moins de 2. 10-18 m2 (selon norme XP P 18-463) à 90 jours. 11. Procédé de mise en place d'un module, tel que défini à la revendication 9 ou 10, sur un support 20 comprenant : - la fixation sur ledit support du cadre métallique ; - le coulage de la plaque de BFUHP dans le cadre métallique. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel 25 la fixation comprend : - la mise en place entre le cadre métallique et le support d'un joint d'étanchéité ; - la mise en place de chevilles de fixation traversant le cadre métallique, le joint d'étanchéité et une 30 partie du support ;la mise en place dans le support de goujons de fixation dans la partie centrale délimitée par le cadre métallique. 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, dans 5 lequel le coulage comprend la mise en place d'un coffrage, le remplissage par le BFUHP frais, le séchage et le décoffrage. 14. Procédé de mise en place d'une structure modulaire telle que définie à l'une quelconque des 10 revendications 1 à 7 comprenant la fixation des cadres métalliques de chaque module pour former un réseau continu et le coulage du BFUHP dans chacun des cadres métalliques. 15. Procédé de démontage de la structure modulaire 15 telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant la destruction d'au moins une plaque de BFUHP et le retrait des chevilles de fixation et des goujons et le scellage des trous laissés par les chevilles avec une résine de scellage étanche à l'air.