Brevet FR3134222A1 — publié le 20231006

L’invention se rapporte à un colis comprenant un contenu radioactif ainsi qu’un emballage pour le transport et/ou l’entreposage de ce contenu, l’emballage comportant un système amortisseur interne (22) logé dans l’enceinte de confinement entre le contenu radioactif et un organe d’obturation axiale de l’enceinte, le contenu radioactif comprenant un dispositif de rangement ainsi qu’un ou plusieurs éléments radioactifs. Le système amortisseur interne (22) comporte un premier dispositif d’amortissement (40) par déformation plastique pour amortir le dispositif de rangement (30), ainsi qu’un second dispositif d’amortissement (50a-50f) par déformation plastique associé à un ensemble radioactif formé d’un ou plusieurs éléments radioactifs, les premier et second dispositif d’amortissement étant conçus pour fonctionner indépendamment, et en tenant compte des décélérations maximales que peuvent supporter le dispositif de rangement et les éléments radioactifs logés dans ce dispositif. Figure pour l’abrégé : Figure 5 COLIS COMPRENANT UN EMBALLAGE POUR LE TRANSPORT ET/OU L’ENTREPOSAGE D’UN CONTENU RADIOACTIF, ET COMPORTANT UN SYSTEME AMORTISSEUR INTERNE A ENCOMBREMENT REDUIT La présente invention se rapporte au domaine des colis de matières radioactives, comprenant un emballage ainsi qu’un contenu radioactif logé dans une enceinte de confinement définie par l’emballage. L’emballage peut être du type comprenant un couvercle amovible, tel que par exemple utilisé pour le transport d’assemblages de combustible nucléaire. Il peut alternativement s’agir d’un emballage du type étui ou conteneur, dans lequel le couvercle est préférentiellement fixé de manière permanente sur le corps latéral d’emballage, par exemple par soudage. Dans l’enceinte de confinement délimitée par l’emballage, le contenu radioactif comprend un dispositif de rangement ainsi qu’un ou plusieurs éléments radioactifs, ces derniers pouvant être des assemblages de combustible nucléaire, de préférence frais, des conteneurs/étuis de déchets vitrifiés ou déchets technologiques, des conteneurs/étuis de coques et embouts, ou encore des étuis pour le transport de poudre (de la poudre PuO2 par exemple). L’invention se rapporte plus spécifiquement à un système amortisseur interne, logé axialement dans l’enceinte de confinement entre le contenu radioactif et un organe d’obturation axiale de l’emballage, à savoir son couvercle ou son fond. A cet égard, il est noté qu’un tel système amortisseur est préférentiellement associé au couvercle de l’emballage pour protéger l’intégrité de l’enceinte de confinement en cas de chute axiale du colis. Néanmoins, un tel système amortisseur interne peut simultanément, ou alternativement, être prévu en association avec le fond de l’emballage. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un colis d’entreposage et/ou de transport de matières radioactives comporte généralement, en tant qu’enveloppe extérieure étanche, un emballage présentant un corps latéral, un fond et un couvercle. Ces parties de l’emballage définissent une cavité, dite enceinte de confinement, pour le logement d’un contenu radioactif, par exemple formé par un dispositif de rangement logeant des assemblages de combustible nucléaire. Le dispositif de rangement est habituellement dénommé panier de rangement. Il comporte un ou plusieurs logements axiaux chacun destiné à loger un élément radioactif, à savoir un assemblage de combustible nucléaire dans l’exemple donné ci-dessus. Dans un autre cas où les éléments radioactifs sont des étuis et/ou des conteneurs, plusieurs d’entre eux peuvent être empilés axialement dans chaque logement du panier de rangement. La démonstration de sûreté de l’emballage chargé du contenu radioactif se fonde en particulier sur des épreuves réglementaires de chute. Ainsi, lors d’une chute axiale de neuf mètres sur un capot amortisseur de tête recouvrant le couvercle de l’emballage, le contenu radioactif peut se déplacer axialement dans la cavité de l’emballage vers le couvercle du fait d’un jeu fonctionnel entre le contenu radioactif et le couvercle. Pendant que le capot amortisseur de tête s’écrase, le contenu radioactif peut alors impacter ce même couvercle lors de cette chute dite « chute axiale ». Des efforts très importants sont ainsi générés à retardement dans le système de fermeture du couvercle amovible de l’emballage, sous l’effet du contenu radioactif logé dans l’enceinte de confinement. En particulier, le dispositif de fixation du couvercle est très sollicité, celui-ci pouvant par exemple être réalisé à l’aide de vis de fixation, ou encore comprendre une bague baïonnette. Afin d’assurer l’étanchéité de l’emballage après la chute axiale, il peut s’avérer nécessaire de limiter les efforts transmis par le contenu radioactif sur le couvercle, au moyen d’un système amortisseur interne placé dans l’enceinte de confinement, entre le couvercle et le contenu radioactif. Le système est également dénommé système d’amortissement interne de chocs. Généralement, un tel système comporte un ou plusieurs dispositifs d’amortissement par déformation plastique, comme de la mousse métallique. Pour obtenir un écrasement optimal de chaque dispositif d’amortissement, et donc pour dissiper au mieux l’énergie mécanique au travers de la déformation plastique de chaque dispositif d’amortissement, de nombreuses solutions ont déjà été proposées dans les réalisations antérieures. Parmi les critères de conception du système amortisseur interne, il est pris en compte les décélérations maximales que peuvent supporter d’une part le panier de rangement, et d’autre part les éléments radioactifs logés dans ce panier. Habituellement, c’est la décélération maximale la plus faible des deux qui est retenue pour la conception de l’amortisseur, en plus d’autres critères comme la nécessité d’absorber la totalité de l’énergie potentielle du contenu radioactif en cas de chute axiale, sans risque de talonnement du système amortisseur, ou encore la nécessité de limiter les efforts transmis par le contenu radioactif sur le dispositif de fixation du couvercle. En tenant compte de la décélération maximale admissible la plus faible, cela peut induire un surdimensionnement important du système amortisseur interne et de l’ensemble de l’emballage, en particulier dans la direction axiale. Il subsiste par conséquent un besoin d’amélioration de ces systèmes amortisseurs internes, de manière à offrir un meilleur compromis en matière d’encombrement, de coûts et de performances. Enfin, il est noté que cette problématique est également existante pour un système amortisseur interne associé à un couvercle d’emballage inamovible, comme un couvercle d’étui soudé, ou encore pour un système amortisseur interne associé au fond d’emballage, généralement inamovible également. Dans ces deux cas, même s’il n’existe pas la problématique de tenue du dispositif de fixation du système de fermeture comme pour un couvercle amovible, les décélérations maximales en cas de chute axiale coté couvercle / fond inamovibles nécessitent aussi d’être prises en compte dans certaines situations. Pour répondre au besoin identifié ci-dessus, l’invention a pour objet un colis comprenant un contenu radioactif ainsi qu’un emballage pour le transport et/ou l’entreposage de ce contenu, l’emballage comprenant un corps latéral s’étendant autour d’un axe central longitudinal de l’emballage, ainsi qu’un fond et un couvercle respectivement agencés aux extrémités axiales du corps latéral d’emballage et formant deux organes d’obturation axiale délimitant, avec le corps latéral d’emballage, une enceinte de confinement dans laquelle est logé le contenu radioactif, l’emballage comportant également un système amortisseur interne logé dans l’enceinte de confinement et agencé axialement entre le contenu radioactif et l’un des deux organes d’obturation axiale, dit organe associé d’obturation axiale, le contenu radioactif comprenant un dispositif de rangement ainsi qu’un ou plusieurs éléments radioactifs, le dispositif de rangement délimitant un ou plusieurs logements axiaux ouverts axialement en direction de l’organe associé d’obturation axiale, et dans chacun desquels est agencé au moins un élément radioactif. Selon l’invention, le système amortisseur interne comporte un premier dispositif d’amortissement par déformation plastique pour amortir le dispositif de rangement, ainsi qu’un second dispositif d’amortissement par déformation plastique associé à un ensemble radioactif formé d’un ou plusieurs éléments radioactifs, les premier et second dispositifs d’amortissement étant agencés de sorte à fonctionner de manière indépendante l’un de l’autre en cas de chute axiale du colis, le premier dispositif d’amortissement étant associé aux premiers paramètres suivants : - σ 1 , correspondant à la contrainte d’écrasement de ce premier dispositif d’amortissement ; - S 1 , correspondant à la surface active du premier dispositif d’amortissement destinée à être impactée axialement par le dispositif de rangement en cas de chute axiale du colis ; - M 1 , correspondant à la masse du dispositif de rangement destiné à être amorti par le premier dispositif d’amortissement ; - γ 1 , correspondant à une première valeur représentative de la décélération du dispositif de rangement en cas de chute axiale du colis conduisant ce dispositif de rangement à écraser plastiquement le premier dispositif d’amortissement, la première valeur représentative de décélération γ 1 étant déterminée par la formule suivante : γ 1 = (σ 1 *S 1 )/M 1 , le second dispositif d’amortissement étant associé aux seconds paramètres suivants : - σ 2 , correspondant à la contrainte d’écrasement de ce second dispositif d’amortissement ; - S 2 , correspondant à la surface active du second dispositif d’amortissement destinée à être impactée axialement par son ensemble radioactif associé, en cas de chute axiale du colis ; - M 2 , correspondant à la masse de l’ensemble radioactif destiné à être amorti par le second dispositif d’amortissement ; - γ 2 , correspondant à une seconde valeur représentative de la décélération de l’ensemble radioactif associé, en cas de chute axiale du colis conduisant cet ensemble radioactif à écraser plastiquement le second dispositif d’amortissement, la seconde valeur représentative de décélération γ 2 étant déterminée par la formule suivante : γ 2 = (σ 2 *S 2 )/M 2 , les premiers et seconds paramètres étant tels que la seconde valeur représentative de décélération γ 2 est différente de la première valeur représentative de décélération γ 1 . L’invention permet de disposer d’un système amortisseur interne performant, présentant une compacité satisfaisante. Cette compacité est accrue par rapport aux réalisations de l’art antérieur, grâce à la prise en compte d’une décélération maximale admissible différenciée d’une part pour le dispositif de rangement, et d’autre part pour l’ensemble radioactif formé d’un ou plusieurs éléments radioactifs, comme un ou plusieurs assemblages de combustible nucléaire, et de préférence un seul assemblage. Chacun des dispositifs d’amortissement indépendants peut ainsi être conçu au plus juste, pour améliorer la compacité de l’ensemble. En d’autres termes, l’invention est construite en partant du constat que les éléments radioactifs peuvent supporter de plus grandes décélérations que le dispositif de rangement qui les loge, ou réciproquement. Le second dispositif d’amortissement associé peut dès lors présenter une plus grande contrainte d’écrasement, ou une plus grande surface active, et donc adopter une plus faible hauteur axiale synonyme de réduction d’encombrement et de plus grande compacité. Ces mesures avantageuses peuvent être adoptées tout en respectant la décélération maximale admissible pour les éléments radioactifs, et en étant capable d’absorber la totalité de l’énergie potentielle de ces derniers, sans risque de talonnement de ce second dispositif d’amortissement. L’invention prévoit préférentiellement la mise en œuvre d’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. De préférence, le rapport |γ 2 - γ 1 | / min (γ 2, γ 1 ) est supérieur à 1,1. De préférence, le système amortisseur interne comporte un ou plusieurs autres seconds dispositifs d’amortissement par déformation plastique, chacun associé à un ensemble radioactif distinct formé d’un ou plusieurs autres éléments radioactifs, les premiers et seconds paramètres des premier et seconds dispositifs d’amortissement étant tels que la seconde valeur représentative de décélération γ 2 associée à chacun d’au moins plusieurs seconds dispositifs d’amortissement, et de préférence à chacun de tous ces seconds dispositifs d’amortissement, est différente de la première valeur représentative de décélération γ 1 associée au premier dispositif d’amortissement. De préférence, l’ensemble radioactif associé au second dispositif d’amortissement, ou à chaque second dispositif d’amortissement, est formé d’un unique élément radioactif. De préférence, chaque élément radioactif est un assemblage de combustible nucléaire, de préférence un assemblage de combustible frais, encore plus préférentiellement du type MOX, ou un conteneur/étui de déchets vitrifiés ou de déchets technologiques, ou un conteneur/étui de coques et embouts, ou encore un étui pour le transport de poudre. De préférence, le ou chaque second dispositif d’amortissement est formé d’un unique bloc de matériau amortisseur, de préférence en mousse métallique, en bois, en nid-d’abeilles ou encore à l’aide d’une structure tubulaire métallique. En alternative, chaque second dispositif d’amortissement peut comprendre plusieurs blocs espacés les uns des autres et fonctionnant de manière indépendante en cas de chute axiale du colis. Dans tous les cas, pour l’amortissement des éléments radioactifs, tous les blocs présentent de préférence la même contrainte d’écrasement. De préférence, le premier dispositif d’amortissement est formé de plusieurs blocs de matériau amortisseur espacés les uns des autres, de préférence en mousse, en bois, en nid-d’abeilles ou encore à l’aide d’une structure tubulaire métallique. Tous ces blocs amortisseurs associés au dispositif de rangement présentent de préférence la même contrainte d’écrasement. Alternativement, le premier dispositif d’amortissement pourrait être formé d’un unique bloc de matériau amortisseur. De préférence, les blocs précités sont cylindriques, ou de forme pyramidale. De préférence, la contrainte d’écrasement σ 2 du ou de chaque second dispositif d’amortissement est différente de la contrainte d’écrasement σ 1 du premier dispositif d’amortissement. Alternativement, des contraintes d’écrasement identiques peuvent être retenues pour les premier et seconds dispositifs d’amortissement, sans sortir du cadre de l’invention. Dans ce cas de figure, les décélérations différenciées des entités sont pilotées par l’étendue des surfaces actives des premier et seconds dispositifs d’amortissement, ou encore par les masses du dispositif de rangement et de chaque ensemble radioactif. De préférence, le premier dispositif d’amortissement et le ou chaque second dispositif d’amortissement présentent tous une épaisseur axiale identique ou sensiblement identique. Par exemple, une variation d’épaisseur de l’ordre de maximum 10% peut être tolérée entre la valeur la plus grande, et la valeur la plus faible. De préférence, le premier dispositif d’amortissement et le ou chaque second dispositif d’amortissement se trouvent agencés dans un même plan transversal du colis. De préférence, le premier dispositif d’amortissement et le ou chaque second dispositif d’amortissement se trouvent agencées dans une même enveloppe. De préférence, le dispositif de rangement comporte une plaque de tête ajourée, et le système amortisseur interne est préférentiellement fixé sur ladite plaque de tête ajourée. Alternativement, le système amortisseur interne peut être fixé sur l’organe associé d’obturation axiale, par exemple le couvercle de l’emballage, ou bien simplement être agencé librement entre le panier de rangement et cet organe associé d’obturation axiale. De préférence, l’organe associé d’obturation axiale est le couvercle de l’emballage, de préférence monté de manière amovible sur le corps latéral d’emballage. Alternativement, l’organe associé d’obturation axiale est le fond de l’emballage. En effet, même s’il n’existe pas la problématique de tenue des vis du système de fermeture coté fond, le pilotage des décélérations en cas de chute axiale coté fond peut aussi être à prendre en compte dans certaines situations. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; représente une vue schématique en coupe axiale d’un colis selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; représente une vue en perspective du contenu radioactif montré sur la figure précédente, selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; est une vue en perspective du système amortisseur interne équipant le colis montré sur la ; représente une vue éclatée en perspective du système amortisseur interne montré sur la figure précédente ; représente une vue en perspective du système amortisseur interne similaire à celle de la , avec l’une des deux demi-enveloppes qui a été retirée pour des raisons de clarté ; est une vue en coupe transversale du système amortisseur interne, prise selon le plan P de la , passant par les extrémités des blocs amortisseurs ; et représente une vue en coupe prise le long de la ligne VII-VII de la . Colis (100) comprenant un contenu radioactif (12) ainsi qu’un emballage (1) pour le transport et/ou l’entreposage de ce contenu (12), l’emballage comprenant un corps latéral (2) s’étendant autour d’un axe central longitudinal (8) de l’emballage, ainsi qu’un fond (4) et un couvercle (6) respectivement agencés aux extrémités axiales du corps latéral d’emballage (2) et formant deux organes d’obturation axiale délimitant, avec le corps latéral d’emballage, une enceinte de confinement (10) dans laquelle est logé le contenu radioactif (12), l’emballage comportant également un système amortisseur interne (22) logé dans l’enceinte de confinement (10) et agencé axialement entre le contenu radioactif (12) et l’un des deux organes d’obturation axiale, dit organe associé d’obturation axiale, le contenu radioactif (12) comprenant un dispositif de rangement (30) ainsi qu’un ou plusieurs éléments radioactifs (32a-32f), le dispositif de rangement délimitant un ou plusieurs logements axiaux (34) ouverts axialement en direction de l’organe associé d’obturation axiale (6), et dans chacun desquels est agencé au moins un élément radioactif (32a-32f), caractérisé en ce que le système amortisseur interne (22) comporte un premier dispositif d’amortissement (40) par déformation plastique pour amortir le dispositif de rangement (30), ainsi qu’un second dispositif d’amortissement (50a-50f) par déformation plastique associé à un ensemble radioactif formé d’un ou plusieurs éléments radioactifs (32a-32f), les premier et second dispositifs d’amortissement (40, 50a-50f) étant agencés de sorte à fonctionner de manière indépendante l’un de l’autre en cas de chute axiale du colis, le premier dispositif d’amortissement (40) étant associé aux premiers paramètres suivants : - σ 1 , correspondant à la contrainte d’écrasement de ce premier dispositif d’amortissement ; - S 1 , correspondant à la surface active du premier dispositif d’amortissement destinée à être impactée axialement par le dispositif de rangement (30) en cas de chute axiale du colis ; - M 1 , correspondant à la masse du dispositif de rangement (30) destiné à être amorti par le premier dispositif d’amortissement (40) ; - γ 1 , correspondant à une première valeur représentative de la décélération du dispositif de rangement en cas de chute axiale du colis conduisant ce dispositif de rangement (30) à écraser plastiquement le premier dispositif d’amortissement (40), la première valeur représentative de décélération γ 1 étant déterminée par la formule suivante : γ 1 = (σ 1 *S 1 )/M 1 , le second dispositif d’amortissement (50a-50f) étant associé aux seconds paramètres suivants : - σ 2 , correspondant à la contrainte d’écrasement de ce second dispositif d’amortissement ; - S 2 , correspondant à la surface active du second dispositif d’amortissement destinée à être impactée axialement par son ensemble radioactif associé (32a-32f), en cas de chute axiale du colis ; - M 2 , correspondant à la masse de l’ensemble radioactif (32a-32f) destiné à être amorti par le second dispositif d’amortissement (50a-50f) ; - γ 2 , correspondant à une seconde valeur représentative de la décélération de l’ensemble radioactif associé, en cas de chute axiale du colis conduisant cet ensemble radioactif (32a-32f) à écraser plastiquement le second dispositif d’amortissement (50a-50f), la seconde valeur représentative de décélération γ 2 étant déterminée par la formule suivante : γ 2 = (σ 2 *S 2 )/M 2 , et en ce que les premiers et seconds paramètres sont tels que la seconde valeur représentative de décélération γ 2 est différente de la première valeur représentative de décélération γ 1 . Colis selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport|γ 2 - γ 1 | / min (γ 2, γ 1 ) est supérieur à 1,1. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système amortisseur interne (22) comporte un ou plusieurs autres seconds dispositifs d’amortissement (50a-50f) par déformation plastique, chacun associé à un ensemble radioactif distinct formé d’un ou plusieurs autres éléments radioactifs (32a-32f), et en ce que les premiers et seconds paramètres des premier et seconds dispositifs d’amortissement (40, 50a-50f) sont tels que la seconde valeur représentative de décélération γ 2 associée à chacun d’au moins plusieurs seconds dispositifs d’amortissement (50a-50f), et de préférence à chacun de tous ces seconds dispositifs d’amortissement, est différente de la première valeur représentative de décélération γ 1 associée au premier dispositif d’amortissement (40). Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble radioactif associé au second dispositif d’amortissement (50a-50f), ou à chaque second dispositif d’amortissement, est formé d’un unique élément radioactif (32a-32f). Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément radioactif (32a-32f) est un assemblage de combustible nucléaire, de préférence un assemblage de combustible frais, encore plus préférentiellement du type MOX, ou un conteneur/étui de déchets vitrifiés, ou un conteneur/étui de coques et embouts, ou encore un étui pour le transport de poudre. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque second dispositif d’amortissement (50a-50f) est formé d’un unique bloc de matériau amortisseur, de préférence en mousse métallique, en bois, en nid-d’abeilles, ou encore à l’aide d’une structure tubulaire métallique. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d’amortissement (40) est formé de plusieurs blocs (40a-40e) de matériau amortisseur espacés les uns des autres, de préférence en mousse, en bois, en nid-d’abeilles ou encore à l’aide d’une structure tubulaire métallique. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la contrainte d’écrasement σ 2 du ou de chaque second dispositif d’amortissement (50a-50f) est différente de la contrainte d’écrasement σ 1 du premier dispositif d’amortissement (40). Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d’amortissement (40) et le ou chaque second dispositif d’amortissement (50a-50f) présentent tous une épaisseur axiale identique ou sensiblement identique. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d’amortissement (40) et le ou chaque second dispositif d’amortissement (50a-50f) se trouvent agencés dans un même plan transversal du colis. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d’amortissement (40) et le ou chaque second dispositif d’amortissement (50a-50f) se trouvent agencées dans une même enveloppe (54). Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de rangement (30) comporte une plaque de tête ajourée (36), et en ce que le système amortisseur interne (22) est préférentiellement fixé sur ladite plaque de tête ajourée. Colis selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe associé d’obturation axiale est le couvercle (6) de l’emballage, de préférence monté de manière amovible sur le corps latéral d’emballage.