Brevet FR3155354A1 — publié le 20250516

Calorimètre pour la mesure de la puissance résiduelle linéique d’au moins une portion ou d’un morceau d’un crayon de combustible nucléaire usé ou neuf. L’invention consiste essentiellement en un calorimètre dont le cœur est délimité par un bloc en matériau d’absorption des rayonnements radioactifs et thermique entouré d’un boitier en matériau d’isolation thermique qui permet d’isoler thermiquement le cœur du milieu ambiant, le bloc et le boitier étant chacun en deux parties qui peuvent s’écarter l’une de l’autre pour l’introduction aisé et rapide d’un crayon de combustible usé. Le calorimètre est instrumenté par des capteurs de mesure de température répartis le long et qui viennent s’insérer dans le bloc et/ou dans le boitier pour une mesure de la puissance résiduelle linéique du crayon inséré. Figure pour l’abrégé : fig.2A Calorimètre pour la mesure de la puissance résiduelle linéique d’au moins une portion ou d’un morceau d’un crayon de combustible nucléaire usé ou neuf. La présente invention concerne le domaine de l’instrumentation de crayons de combustibles pour les réacteurs nucléaires. L’invention vise essentiellement à proposer un dispositif qui puisse mesurer de manière simple et fiable, le taux de combustion ou la puissance résiduelle d’un crayon de combustible nucléaire usé. Par « réacteurs nucléaires », dans l'ensemble de la demande, on comprend le sens usuel du terme à ce jour, à savoir des centrales de production d'énergie à partir des réactions de fission nucléaire utilisant des éléments combustibles dans lesquels se produisent les fissions qui libèrent la puissance calorifique, cette dernière étant extraite des éléments par échange thermique avec un fluide caloporteur qui assure leur refroidissement. Par « crayon de combustible nucléaire », dans l'ensemble de la demande, on comprend le sens officiel défini par exemple, dans le dictionnaire des Sciences et Techniques nucléaires, à savoir un tube étroit de faible diamètre, fermé à ses deux extrémités, constituant du cœur d'un réacteur nucléaire et contenant de la matière fissile. Ainsi, une « aiguille de combustible nucléaire » est un crayon de combustible nucléaire mais dont la terminologie est d’usage pour les réacteurs à neutrons rapides. L’invention est applicable à tout crayon ou aiguille de combustible nucléaire. Par « crayon de combustible usé », on entend un assemblage combustible irradié à un degré tel qu'il ne peut être utilisé ultérieurement dans un réacteur sans avoir subi un traitement approprié. Autrement dit, par crayon de combustible usé, on entend un crayon dans lequel il n’y a plus suffisamment de matière fissile pour entretenir des réactions nucléaires au sein d’un réacteur. L’invention concerne tous les crayons de combustible, notamment de type céramique en oxyde d’uranium ou d’uranium et de plutonium (U, Pu)O 2 ou MOX (acronyme pour «oxyde mixte »), qui peuvent être dédiés à tous types de réacteurs nucléaire à vocation électrogène et/ou calogène ou expérimentale, comme les Réacteurs à Eau Bouillante (REB), les Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) et tous les réacteurs avancés de 3 ème et 4 ème génération. Dans les sites des réacteurs nucléaires et des usines de traitement des combustibles irradiés, il existe des puits de comptage qui permettent d’estimer les taux de combustion de la totalité d’un assemblage combustible irradié. Le taux de combustion ou "burn-up" caractérise à la fois le degré d'irradiation et l’énergie fournie par le combustible à sa sortie du réacteur. Il s’exprime en moyenne pour un objet (moyenne de la recharge, moyenne dans l'assemblage combustible). Le brevet FR2988837B1 a ainsi proposé un dispositif de mesure de la puissance résiduelle d’un assemblage combustible usé avant son déchargement de la cuve d’un réacteur refroidi au métal liquide, tel qu’un réacteur RNR-Na ou SFR (acronyme anglais de « Sodium Fast Reactor »). A ce jour, il n’existe pas dans l’industrie nucléaire de mesure simple du taux de combustion ou de la puissance résiduelle pour un crayon combustible usé dans son état intègre, c’est-à-dire dont l’enveloppe n’a pas été modifiée physiquement, notamment par découpe. Après passage en réacteur, un combustible a été le siège de réactions nucléaires ayant abouti à une composition particulière en isotopes plus ou moins radioactifs et dissipant une énergie spécifique à chacun. Ces énergies sont liées aux différents rayonnements radioactifs (alpha, beta, gamma, X, neutron) et elles se déposent dans la matière environnante à plus ou moins grande distance. La somme de ces énergies dissipées sur une durée constitue une puissance résiduelle qui peut varier tout au long du crayon qui est spécifique à la composition isotopique du combustible et elle évolue dans le temps. Lorsque cette puissance est associée à une longueur déterminée, on parle alors de puissance résiduelle linéique d’un crayon combustible. Cette valeur de puissance linéique participe à la validation des codes de calculs neutroniques qui simulent le passage en réacteur et calculent une composition d’un crayon combustible en fonction des rendements de fission. Or, cette mesure de puissance linéique sert également de donnée de base dans la conception et l’exploitation des réacteurs nucléaires mais également dans tout l’aval du cycle nucléaire (entreposage, transport, retraitement et stockage). Des recherches et des essais de mesure de puissance résiduelle ont lieu depuis les années 1950. Il apparait que la mesure de la puissance résiduelle est un bon moyen pour remonter et qualifier la décroissance des isotopes dans le combustible irradié et c’est la méthode utilisant les courbes de fission élémentaire qui a été employée initialement. Quelques mesures expérimentales, en laboratoire, sur des crayons de combustible ont été effectuées. On peut citer l’expérience dénommée « MERCI » qui a consisté à placer une portion de crayon de combustible irradié, dans un calorimètre dénommé « CALMOS ». Cette expérience a permis une mesure unique de la puissance résiduelle de cette portion de crayon : [1], [2]. Le taux de combustion était de 3,5 GWj/t et la mesure a pu avoir lieu pour des temps de refroidissement entre 40 minutes et 40 jours. Une autre expérience a été réalisée dans le laboratoire suédois d'études du stockage en profondeur, sur un assemblage placé dans un calorimètre avec de l’eau et où la température a été enregistrée tout au cours de son élévation : [3], [4] . Le taux de combustion était compris entre 30 et 50 GWj/t et la mesure a pu avoir lieu pour des temps de refroidissement de quelques années à plusieurs dizaine d’années. Une autre expérience dénommée « PRESTO » est prévue : [5]. Cette expérience va consister à irradier une portion de crayon combustible dans le réacteur expérimental Jules Horowitz (RJH) et, à l’issue de l’irradiation, d’insérer cette portion dans un cylindre de tungstène pour ensuite mesurer l’élévation de température. Un traitement de cette élévation de température par une méthode numérique inverse permettra de remonter à la puissance résiduelle. La mesure de puissance s’approche des mesures de chaleur de réaction qui sont déterminées essentiellement dans des calorimètres mettant en œuvre la calorimétrie différentielle à balayage DSC (acronyme anglais de « Differential Scanning Calorimetry »), qui est une technique d'analyse thermique. Cette mesure consiste à relever les différences des échanges de chaleur entre un échantillon à analyser et une référence. Les appareils de DSC ainsi que les thermobalances fonctionnant en DSC sont des appareils extrêmement fragiles qui ne sont pas envisagés pour fonctionner en cellules blindées et donc inenvisageables pour des crayons de combustibles usés. On connaît également un calorimètre dit de Langavant, qui est constitué d’un vase semi-adiabatique, fermé par un bouchon isolant et placé dans une enveloppe rigide, et qui sert à mesurer la chaleur d’hydratation des mortiers: [6]. Une boite à mortier est remplie avec un coulis, instrumenté avec des capteurs de température et le tout est placé le vase. La prise des mortiers étant un processus lent, la mesure peut être réalisée sur plusieurs jours. De ce fait, la fuite thermique de ce calorimètre est préalablement déterminée. Ce calorimètre nécessite également une fermeture relativement étanche. Un tel dispositif n’est pas vraiment adapté à des crayons de combustible nucléaire. Ainsi, il existe un besoin de proposer un dispositif à la fois simple et fiable pour la mesure de puissance résiduelle de crayons de combustible nucléaire. Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, un dispositif de mesure de la puissance résiduelle linéique d’au moins une portion ou d’un morceau d’un crayon de combustible nucléaire usé d’un crayon de combustible usé ou neuf, formant un calorimètre s’étendant autour d’un axe central et comprenant : - un bloc à deux portions de bloc en matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs, chacun en forme d’une portion de couronne cylindrique fermée à chacune de ses extrémités longitudinales par une portion cylindrique percée en son centre par un trou débouchant, les deux portions de bloc pouvant être rapprochées l’une de l’autre d’une position ouverte dans laquelle elles sont écartées l’une de l’autre pour permettre l’insertion et le logement d’un crayon de combustible usé, à une position fermée dans laquelle elles sont rabattues l’une sur l’autre en délimitant une chambre d’absorption radioactive de forme cylindrique adaptée pour loger au moins une partie du crayon de combustible usé avec ses autres parties qui s’étendent de part et d’autre de la chambre, depuis les trous débouchant formant un passage cylindrique; - un boitier comprenant deux coques en matériau isolant thermique, chacune en forme d’une portion de couronne cylindrique fermée à chacune de ses extrémités longitudinales par une portion cylindrique percée en son centre par un trou débouchant, les deux coques pouvant être rapprochées l’une de l’autre d’une position ouverte dans laquelle elles sont écartées l’une de l’autre pour permettre l’insertion et le logement de la chambre d’absorption radioactive à une position fermée dans laquelle elles sont rabattues l’une sur l’autre en délimitant un logement adapté pour loger la chambre radioactive avec les autres parties du crayon de combustible qui s’étendent de part et d’autre du boitier depuis le passage cylindrique du bloc en passant par les trous débouchant formant également un passage cylindrique ; - des capteurs de mesure de température, montés en traversée à travers l’une et/ou l’autre des portions du bloc d’absorption et à travers l’une et/ou l’autre des coques et adaptés pour mesurer la température le long d’au moins la partie du crayon de combustible usé dans les positions fermées du bloc et du boitier . De préférence, le matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs du bloc est du plomb (Pb) ou un alliage de plomb. La puissance linéique est liée aux rayonnements du combustible nucléaire dont certains traversent aisément tout matériau peu dense. Le choix du plomb ou d’un alliage de plomb pour le bloc est avantageux car cela permet d’absorber les rayonnements engendrant ainsi une élévation de température dans le matériau. Usuellement utilisé dans le domaine du nucléaire pour se protéger des rayonnements car il les absorbe, le plomb présente deux avantages importants qui sont à la fois une densité élevée mais aussi une abondance qui font que ce matériau est peu cher. Les alliages de plomb sont disponibles aisément sur le marché et présentent l’avantage d’être facile à travailler et dont la mise en forme ne pose aucun problème à la fois lors de la coulée en lingot puis de l’usinage puis du perçage, ce qui est parfaitement adapté pour le design du bloc conforme à l’invention. En outre, on peut connaitre précisément la capacité calorifique de ce matériau pour calculer la puissance. Par exemple, un bloc à 96 % en masse de plomb et 4 % en masse d’antimoine présente une capacité calorifique qui est une combinaison linéaire entre ces deux matériaux, soit : Cp = 0,96x0,129 + 0,04x0,210 = 0,132 J.g -1 .K -1 . L’épaisseur de plomb peut être d’environ 5 cm, ce qui permet d’absorber la majorité des rayonnements qui y déposent ainsi leurs énergies spécifiques. Ainsi, outre la fonction d’absorption des rayonnements radioactifs, le plomb présente un très bon compromis entre compacité, usinabilité et faible coût. L’épaisseur retenue pour le bloc peut être un compromis qui tient compte de la capacité de manutention de télémanipulateurs standard, en cellule blindée, par exemple de l’ordre de 7kg. Pour se refermer parfaitement autour du crayon, le bloc est de préférence usiné laissant un évidement correspondant à la géométrie interne du crayon. Afin d’alléger la portion de bloc du dessus, on peut mettre en œuvre une ou plusieurs pièces de centrage afin de repositionner la portion du dessus. La portion de bloc du dessous est de préférence celui percée en des endroits différents pour permettre l’insertion de capteurs de température. Selon une variante avantageuse, le bloc comprend en outre un adaptateur en matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs et en forme d’une portion de couronne cylindrique de diamètre intérieur adaptée pour loger un crayon de combustible usé et de diamètre extérieur pour se loger dans une des deux portions de bloc. Cet adaptateur permet de s’adapter à n’importe quelle géométrie de crayons de combustible nucléaire existante. Selon un mode de réalisation avantageux, le calorimètre comprend une enveloppe de protection extérieure à deux portions d’enveloppe logeant chacune, avec complémentarités de formes, une des deux coques en matériau isolant thermique du boitier. De préférence, cette enveloppe de protection extérieure est en acier inoxydable. L’acier inoxydable est un très bon compromis entre d’une part la protection, le supportage et l’ajustement entre bloc et boitier recherchés et d’autre part le guidage précis des capteurs de température qu’il permet. En outre, ce matériau est facilement nettoyable. Selon une variante avantageuse, le calorimètre comprend au moins une charnière autour de laquelle les deux coques du boitier sont articulées entre elles, de sorte à les rapprocher ou les écarter, de la position ouverte à la position fermée ou vice-et-versa. Avantageusement, le calorimètre comprend au moins un moyen de blocage en position ouverte des coques. Cela facilite l’insertion d’un crayon dans le calorimètre, ce qui est avantageux en particulier en cas de télémanipulation en cellule blindée. De préférence, le matériau isolant thermique du boitier est du polystyrène. De préférence encore, le matériau isolant thermique du boitier est directement en contact avec le matériau d’absorption thermique et de rayonnements radioactifs dans la position fermée. Avec cet ajustement dimensionnel, aucune couche d’air n’est présente entre le bloc et le boitier dans leur position fermée, ce qui est optimal pour l’interprétation des mesures. Autrement dit, cet ajustement garantit l’absence de transfert thermique par convection de gaz entre le bloc et le boitier dans leur position fermée. Avantageusement, les capteurs de mesure de température sont des sondes à résistance et/ou des thermocouples. Avantageusement encore, les capteurs sont guidés et bloqués par des presses étoupes positionnés à l’extérieur et/ou à l’intérieur du boitier. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le calorimètre comprend un bâti-support autoportant, adapté pour supporter le bloc, le boitier, les capteurs de température et le crayon de combustible usé, et le cas échéant l’enveloppe de protection extérieure. Ce bâti-support qui peut être avantageusement sous la forme de berceaux ou de pieds pour soutenir l’ensemble du calorimètre et de le maintenir parfaitement immobile durant le chargement d’un crayon de combustible ou pendant la mesure. Ainsi, on peut poser directement le bâti-support sur le sol, notamment d’une cellule blindée sans avoir à prévoir un support approprié au sein de la cellule. L’invention a également pour objet une cellule blindée logeant au moins un calorimètre tel que décrit précédemment, les fils électriques reliés aux capteurs de température étant reliés à des connecteurs montés en traversée de paroi de la cellule blindée pour la transmission des signaux issus des capteurs vers un convertisseur analogique/numérique à l’extérieur. Ainsi, le traitement des mesures est fait à distance, protégé par la cellule blindée. L’invention concerne également l’utilisation d’un calorimètre tel que décrit précédemment ou de la cellule blindée telle que décrite précédemment, pour la mesure de la puissance résiduelle linéique d’au moins une portion ou d’un morceau d’un crayon de combustible usé ou neuf dont la matière fissile est choisie parmi l’oxyde d'uranium (IV) (UO2), l’oxyde mixte (U, Pu)O2 ou un mélange mixte à base d'oxyde d'uranium et d'oxydes de plutonium retraités (MOx) ou toute autre source radioactive ou thermique à base de produits de fission, d’actinides ou produits d’activation. Ainsi, l’invention consiste essentiellement en un calorimètre dont le cœur est délimité par un bloc en matériau d’absorption des rayonnements radioactifs et thermique entouré d’un boitier en matériau d’isolation thermique qui permet d’isoler thermiquement le cœur du milieu ambiant, le bloc et le boitier étant chacun en deux parties qui peuvent s’écarter l’une de l’autre pour l’introduction aisé et rapide d’un crayon de combustible usé. Le calorimètre est instrumenté par des capteurs de mesure de température répartis le long et qui viennent s’insérer dans le bloc et/ou dans le boitier pour une mesure de la puissance résiduelle linéique du crayon inséré. Un calorimètre selon l’invention présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer : une mesure simple et fiable de la puissance résiduelle linéique d’un crayon combustible usé, intègre, sans échantillonnage ni découpe au préalable de la mesure, une mesure réalisable directement en chaine blindée lors de l’entreposage d’un crayon après son passage en réacteur nucléaire, la possibilité d’un examen non destructif sur un même crayon usé, qui peut être effectué au même endroit à des moments ou périodes différentes, un appareil robuste sans interaction avec la radioactivité du milieu ambiant, la possibilité d’augmenter la précision par traitement statistique de plusieurs valeurs de mesure, l’interchangeabilité des composants internes, notamment de l’adaptateur permet de s’adapter à n’importe quelle géométrie de crayon de combustible nucléaire, un changement aisé et rapide des capteurs de mesure en cas de défaillance, une mise en œuvre du calorimètre dans une chaine blindée existante., une possibilité de télémanipulation du calorimètre et, au préalable, de le faire entrer très simplement en cellule blindée par un sas standard par le dispositif de transfert des poubelles de déchets. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes. FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un crayon de combustible nucléaire selon l’état de l’art, tel qu’il est mis en œuvre dans un réacteur nucléaire de type REP. FIG. 2 , FIG. 2 les figures 2A et 2B sont des reproductions photographiques d’un calorimètre selon l’invention, respectivement dans la position ouverte de son boitier et fermée autour du bloc en matériau d’absorption aux rayonnements radioactifs. FIG. 3 , FIG. 3 les figures 3A et 3B sont des vues schématiques en coupe transversale et longitudinale d’un calorimètre selon l’invention, dans la position ouverte à la fois de son boitier et du bloc en matériau d’absorption aux rayonnements radioactifs dans lequel est logé un crayon de combustible nucléaire. FIG. 4 la FIG. 4 est une vue schématique de côté d’un calorimètre selon l’invention, avec les différentes côtes où sont insérés des capteurs de température. FIG. 4 , FIG. 4 , FIG. 4 , FIG. 4 , FIG. 4 les figures 4A à 4E sont des vues en coupe transversale du calorimètre de la FIG. 4 , respectivement selon A-A, B-B, C-C, D-D, E-E. FIG. 5 la FIG. 5 illustre sous forme de courbes les relevés de températures mesurées expérimentalement par les différents capteurs de température selon les figures 4Aà 4E. Description détaillée On précise que dans l’ensemble de la demande, les termes « vertical », « inférieur », «supérieur », « bas », « haut », « dessous » et « dessus » sont à comprendre par référence par rapport à un calorimètre tel qu’il est en configuration horizontale d’utilisation, c’est-à-dire logeant un crayon de combustible à l’horizontal, et qui s’ouvre selon un plan médian horizontal. En FIG. 1 , on a représenté un crayon de combustible nucléaire 1 classique dans sa configuration d'utilisation dans un réacteur nucléaire REP, c'est-à-dire en position verticale avec les pastilles 6 vers la partie inférieure comme précisé ci-dessous. Le crayon 1 est constitué d'une gaine 2 classiquement en Zircaloy-4 (Zr4) fermée à chacune de ses extrémités par un bouchon respectivement supérieur 3 et inférieur 4 qui est soudé sur celle-ci. Ce crayon étanche est rempli d’hélium, typiquement à 25 bars à froid pour des combustibles usuels, pour contrebalancer en partie l’effet de la pression externe de 150 bars du fluide caloporteur. L'intérieur de la gaine est essentiellement divisé en deux compartiments, dont l'un 5 en partie haute, entre le haut de la colonne fissile et le bouchon supérieur 3, constitue une chambre d'expansion de gaz et l'autre loge la colonne fissile formée par l'empilement de pastilles de combustible nucléaire 6 qui s'étendent chacune selon la direction longitudinale XX' du crayon 1. La chambre d’expansion est un volume libre destiné à recevoir les Produits de Fission sous forme gazeuse, appelés usuellement Gaz de Fission (GdF). Dans l'empilement représenté, chaque pastille 6 a sensiblement la même longueur ou hauteur H. Un ressort hélicoïdal de compression 7, en général en Inconel®, est logé dans la chambre d'expansion 5 avec son extrémité inférieure en appui contre la face supérieure de la pastille 6, la plus en hauteur de l’empilement des pastilles, et son autre extrémité en appui contre le bouchon 3 supérieur. En sus du maintien de l'empilement de pastilles 6 selon l'axe longitudinal XX' et l'absorption au cours du temps du gonflement longitudinal des pastilles 6, l'autre fonction de ce ressort 7 est d'empêcher le flambage de la section de la gaine sur son mode d'ovalisation. Autrement dit, il doit empêcher l'extrême ovalisation de la section de la gaine. La fonction primaire d’un crayon combustible est de produire, puis de transmettre la chaleur produite par les réactions de fission au sein du combustible. Une fois le crayon de combustible 1 usé, à sa sortie du réacteur il dégage une puissance résiduelle, qui associée à une longueur déterminée de l’empilement de pastilles 6, est une puissance linéique. On a représenté en figures 2A, 2B, 3A, 3B un exemple de dispositif formant un calorimètre 10 selon l’invention qui permet de mesurer rapidement et de manière fiable une telle puissance linéique, sans échantillonnage ni découpe du crayon au préalable. A titre d’exemple, ce calorimètre 10 peut présenter un diamètre extérieur Ø égal à 22 cm et une longueur hors-tout L égale à 27 cm. Une telle géométrie du calorimètre 10 le rend compatible avec son transport en conteneur dans un sas à double porte étanche de dimension usuelle de 270 mm de diamètre. Le calorimètre 10 s’étendant autour d’un axe central (X1) selon une forme axisymétrique comprend essentiellement de l’intérieur vers l’extérieur un bloc 11 en matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs, un boitier 12 en matériau isolant thermique pour loger le bloc 11 et une enveloppe de protection 13 dans laquelle est logé et fixé le boitier, ainsi que des capteurs de température C1 à C10 insérés et montés en traversée à travers le bloc d’absorption et/ou le boitier et adaptés pour mesurer la température le long d’au moins la partie du crayon de combustible usé dans les positions fermées du bloc et du boitier. Le bloc 11 comprend deux portions de bloc 110, 111 chacune en forme d’une portion de couronne cylindrique fermée à chacune de ses extrémités longitudinales par une portion cylindrique percée en son centre par un trou débouchant 112. Les deux portions de bloc 110, 111 peuvent être rapprochées l’une de l’autre d’une position ouverte dans laquelle elles sont écartées l’une de l’autre pour permettre l’insertion et le logement d’un crayon de combustible usé 1, à une position fermée dans laquelle elles sont rabattues l’une sur l’autre en délimitant une chambre d’absorption radioactive de forme cylindrique adaptée pour loger au moins une partie du crayon de combustible usé avec ses autres parties qui s’étendent de part et d’autre de la chambre, depuis les trous débouchant 112 formant un passage circulaire. Un adaptateur 113 également matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs peut venir se loger dans la portion inférieure 111 du bloc. Cet adaptateur présente une forme de couronne hémicylindrique dont le diamètre intérieur est adapté pour loger un crayon de combustible usé 1. On peut ainsi adapter le calorimètre à toute géométrie de crayon existante. Pour un morceau de crayon, cet adaptateur peut être fermé à ces extrémités axiales sur une longueur équivalente environ au rayon du bloc 111. On précise qu’avec ou sans un tel adaptateur, le dimensionnement est réalisé pour ne pas laisser de couche d’air autour du crayon 1. Le matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs du bloc 11 est de préférence du plomb (Pb) ou un alliage de plomb. A titre d’exemple : - le matériau du bloc 11 est un alliage 96 % en masse de plomb et de 4 % en masse d’antimoine ; - dans sa position fermée, le bloc 11 est une couronne cylindrique de 5,32 cm de diamètre et 15 cm de long et de 5 cm d’épaisseur; - pour alléger la portion supérieure 110 qui est celle à manipuler pour l’insertion d’un crayon, elle est réalisée, notamment usinée sur une portion moins importante que la portion inférieure 111. La portion supérieure 110 peut ainsi être usinée sur un angle d’environ 110 ° et donc de 250 ° pour la portion inférieure 111 ; - la masse du bloc 11 en plomb est de l’ordre de 13 kg dont environ 8 kg pour la portion inférieure 111 et environ 5 kg pour la portion supérieure 110, ce qui permet une manutention par un télémanipulateur standard; - la portion inférieure 11 peut être percée à 6 endroits différents pour permettre le passage d’autant de capteurs de mesure de température. Le boitier 12 comprend quant à lui deux coques 120, 121 en matériau isolant thermique, chacune en forme de couronne hémicylindrique fermée à chacune de ses extrémités longitudinales par une portion cylindrique percée en son centre par un trou débouchant 122. Les deux coques 120, 121 peuvent être rapprochées l’une de l’autre d’une position ouverte dans laquelle elles sont écartées l’une de l’autre pour permettre l’insertion et le logement de la chambre d’absorption radioactive à une position fermée dans laquelle elles sont rabattues l’une sur l’autre en délimitant un logement 123 adapté pour loger la chambre radioactive délimitée par le bloc 11 avec les autres parties du crayon de combustible qui s’étendent de part et d’autre du boitier depuis le passage cylindrique du bloc en passant par les trous débouchant 122. La portion inférieure de bloc 111 est ajustée en hauteur dans la calorimètre afin d’aligner parfaitement les trous débouchant 122 avec ceux 112 du bloc. La coque inférieure 121 est positionnée en berceau. Lors de la fermeture du calorimètre, les deux surfaces horizontales des coques 120, 12 sont en contact sur toute leur surface. Elles sont percées pour permettre le passage des capteurs de température. Le matériau isolant thermique du boitier 12 est de préférence du polystyrène Dans la position fermée, le matériau isolant thermique du boitier 12 est directement en contact avec le matériau du bloc 11 d’absorption thermique et de rayonnements radioactifs. A titre d’exemple : le polystyrène présente une épaisseur de 6 cm autour de tout point du bloc 11, dans la position fermée ; la masse de chaque coque de polystyrène est d’environ 170 g. L’enveloppe de protection extérieure 13 est à deux portions 130, 131 logeant chacune, avec complémentarités de formes, une coque 120, 121 en matériau isolant thermique du boitier 12. Les deux portions 130, 131 sont percées pour permettre le passage des capteurs. De préférence, cette enveloppe de protection extérieure 13 est en acier inoxydable. A titre d’exemple : l’épaisseur de paroi de l’enveloppe 13 en acier inoxydable est 3 mm, ce qui permet des soudures ; les demi-disques de fermeture sur les extrémités de l’enveloppe 13 sont soudés et ajustés dans la position fermée du calorimètre. Une charnière 132 peut être fixée notamment par soudure pour permettre une articulation entre elles des coques 120, 121 du boitier 12 et des portions d’enveloppe 130, 131 qui y sont solidaires, de sorte à les rapprocher ou les écarter, de la position ouverte à la position fermée ou vice-et-versa. En outre, un moyen 133 de blocage en position ouverte des coques peut être fixé et faciliter la manipulation de la portion supérieure 110 du bloc 11 et du crayon 1 avant ou après la mesure. Les capteurs de mesure de température C1 à C10, sont montés en traversée à travers l’une et/l’autre des portions 110, 111 du bloc d’absorption et à travers l’une et/ou l’autre des coques 120, 121 du boitier et des portions d’enveloppe 130, 131. Ces capteurs C1 à C10 sont adaptés pour mesurer la température le long d’au moins la partie du crayon de combustible usé dans les positions fermées du bloc et du boitier . Ces capteurs C1 à C10 peuvent être des sondes à résistance de platine appairées et/ou des thermocouples. De préférence, ils sont guidés et bloqués par des presses étoupes positionnés à l’extérieur et/ou à l’intérieur du boitier. Comme montré aux figures 4 à 4E, ces capteurs de température sont insérés dans le bloc 11 et/ou dans le matériau du boitier 12. L’instrumentation des capteurs C1 à C10 est agencée en bas du calorimètre 10, afin de laisser libre l’ensemble de sa partie haute mobile autour de la charnière 132. A titre d’exemple : les capteurs C1 à C10 sont prévus dans la gamme de température 20 °C à 100 °C ; les capteurs C1 à C10 présentent un diamètre de 3mm, ce qui permet de minimiser les impacts sur le bloc 11 ; la gaine du capteur est isolante thermiquement, par exemple en polytétrafluoroéthylène (PTFE ou téflon) ou en alumine. L’implantation des capteurs C1 à C10 est judicieusement choisie pour l’exploitation numérique ultérieure des acquisitions des évolutions de température dans le temps. Ainsi, il est préférable de choisir des positions à la fois sur les bords interne et externe du bloc 11 et du boitier 12 mais aussi au centre, représentatif de la plus grande quantité de matière. Certaines positions dans le bloc 11 et dans le boitier 12 sont avantageusement en vis-à-vis pour caractériser au mieux les résistances de transfert thermique aux interfaces. Dans l’exemple illustré à la FIG. 4 , le nombre de capteurs C1 à C10 du calorimètre est limité à 10 pour ne pas significativement perturber les mesures au cœur de l’appareil. Il va de soi qu’un nombre plus grand ou plus petit peut être choisi en fonctions des configurations. Par exemple, pour un fonctionnement d’un calorimètre 10 en cellules blindées, le nombre est moins important. Pour le positionnement des capteurs, des perçages respectivement de l’enveloppe 13, du boitier 12 et du bloc 11 sont réalisés sur un rayon dans le plan perpendiculaire à l’axe du cylindre. A titre d’exemple, le diamètre de perçage est de l’ordre de 3,5 mm. A titre d’exemple, le choix et l’implantation des capteurs C1 à C10 illustrée aux figures 4 à 4E sont indiqués dans le [tableau 1] ci-dessous. On précise qu’une sonde Pt100 est une résistance en platine, de 100 ohms à 0 °C qui varie en fonction de la température. Les Pt100 de classe 1/10B ont une précision de ± 0,03 °C. Capteur Type de capteur Position du capteur Distance depuis l’extrémité de gauche du calorimètre 10 Longueur insertion du capteur bloc 11 Longueur insertion du capteur dans boitier 12 C1 Pt100 7,2 cm 34 mm - C2 Pt100 7,2 cm 7 mm - C3 Pt100 11 cm 34 mm C4 Pt100 11 cm 7 mm C7 Pt100 16 cm 10 mm C8 Pt100 16 cm 50 mm C5 Pt100 11,2 cm 55 mm C6 Pt100 11,2 cm 15 mm C9 Pt100 24 cm 105 mm C10 Pt100 26 cm 95 mm Le calorimètre 10 peut comporter un bâti autoportant 14 constitué de quatre pieds ou préférentiellement de deux berceaux. Le bâti 14 peut en outre avantageusement comprendre des barres 141 de reprise d’effort solidaires d’une base 142 dotée de pieds d’appui au sol 143. Le supportage du bloc 111 est réalisé par des tiges 140 en matériau non conducteur à forte tenue mécanique fixées à la base 131 de l’enveloppe en plusieurs points. Plus précisément, à chacun de quatre endroits de la portion de bloc 111, de préférence agencés selon un carré ou un rectangle, un taraudage d’accueil d’une tige 140 a été effectué. Chacune de ces tiges 140 relie par un filetage rigide l’enveloppe 131 au bloc 111 via un vissage en partie basse dans un écrou solidaire de la portion inférieure de l’enveloppe 131 au taraudage femelle de la partie haute du bloc 111. Au préalable, la coque inférieure 121 a été percée et mise en place. A titre d’exemple : les tiges 140 sont en nylon ; les tiges 140 présentent un diamètre de 6 mm. La mise en place d’un crayon de combustible usé 1, dans un calorimètre 10 qui vient d’être décrit consiste en un enchaînement d’étapes suivantes : i/ ouverture du calorimètre 10 en écartant la coque supérieure 120 et la portion supérieure 130 d’enveloppe de la coque inférieure 121 et de la portion inférieure 131 qui restent fixes et solidaire du bâti 14 ; ii/ retrait de la portion supérieure 110 du bloc 11 ; iii/ insertion et logement du crayon 1 dans les trous 112, 122 prévus à cet effet ; iv/ remise en place de la portion supérieure 110 du bloc 11 sur sa portion inférieure 111 pour obtenir la position fermée dans laquelle au moins une partie fissile du crayon 1 est logée dans la chambre d’absorption aux rayonnements radioactifs et thermiques; v/ fermeture du calorimètre 10, en rapprochant la coque supérieure 120 et la portion supérieure 130 d’enveloppe de la coque inférieure 121 et de la portion inférieure 131. La précision de la mesure du calorimètre étant dépendante du laps de temps qui s’écoule entre l’installation du crayon et la fermeture du calorimètre, on veille à réaliser les étapes iii/, iv/ et v/ rapidement. Typiquement, ces étapes iii/ à v/ sont réalisables avec un télémanipulateur en moins de 1 minute. Le fonctionnement d’un calorimètre 10 est le suivant. Dans un premier temps, le bloc 11 absorbe les rayonnements radioactifs au plus près du crayon par sa quantité maximale de matière dense. Le matériau du bloc 11 est également choisi conducteur thermiquement afin de pouvoir dans un second temps mesurer précisément l’élévation de température dans ce matériau. Le bilan énergétique est calculable simplement par la formule : Q=M*Cp*∆T avec Q : énergie échangée en Joules M : masse du matériau en kilogrammes ∆T : variation de température en °C dudit matériau depuis T initiale vers T finale Cp : capacité calorifique Cp du matériau en J/kg. La connaissance précise de toutes les masses de tous les constituants du calorimètre ainsi que leur capacité calorifique mais aussi la mise en œuvre très précise de la chaîne de mesure avec l’implantation judicieuse et maîtrisée des capteurs pour la transmission des signaux de mesure, notamment en cellule blindée, permet d’évaluer la puissance thermique dégagée par un crayon 1. La précision de la mesure dépend du traitement des données et deux approches ont été validées par les inventeurs. La première approche est par bilan thermique en faisant l’hypothèse d’un système à l’équilibre corrigé ou non par une fuite thermique permet de déterminer une puissance linéique avec une incertitude d’environ 15 mW. La deuxième approche consiste en une méthode plus complexe de traitement numérique par méthode inverse, utilisant un code numérique direct résolvant la thermique de l’expérience : la résolution d’équations différentielles spatio-temporelle permet de résoudre les régimes transitoires et de déterminer une puissance linéique avec une incertitude d’environ 3 %. La puissance mesurable dans l’absolu dépend de la stabilité de l’environnement mais, dans les conditions usuelles, la gamme de mesure de puissance peut varier d’au moins 3 ordres de grandeur (de 10 mW à 10 W). Les inventeurs ont procédé à un essai expérimental, en laboratoire, pour valider les performances d’un calorimètre 10 selon l’invention. L’essai été réalisé avec les matériaux, caractéristiques et dimensions des différents composants du calorimètre, donnés à titre d’exemple ci-avant. Le calorimètre 10 est initialement en équilibre thermique avec le milieu ambiant qui contribue à une température des composants internes sur la base desquelles les mesures relatives sont effectuées. Les relevés des températures en fonction des différents thermocouples sont indiqués à la FIG. 5 . On précise que Tamb désigne la température dans l’environnement (thermostat) à une distance d’environ un mètre du calorimètre 10. Dans l’essai qui a été mis en œuvre, un enregistrement de la température a débuté à la chronologie 0:00 en FIG. 5 . Après 32 minutes de fonctionnement à vide, c’est-à-dire sans élément extérieur dans la chambre d’absorption radioactive, un barreau de 18,67 g d’inox porté préalablement à 100°C a été introduit dans le calorimètre 10. Avec ces données, le bilan énergétique peut être calculé entre l’inox du barreau qui perd son énergie dans le plomb du bloc 11 qui passe de 25,36 °C à 26,04 °C. Pour ce bilan, les inventeurs ont supposé que cette dernière plus haute température mesurée par le capteur C3 est également la température finale du barreau d’inox. L’application numérique conduit à un transfert d’énergie donnée de 690 Joules. On précise ici que Qdonnée = Minox x Cpinox x (TinitInox – TmaxC3), soit égale à 18,67 x 0,500 x (100 - 26,04) = 690 J. Pour calculer l’énergie reçue par le plomb du bloc 11, les inventeurs ont considéré que chaque partie de plomb qui localement n’augmente pas à la même température et l’intégration par partie permet de calculer une énergie reçue égale à 635 J. Le bilan énergétique entre l’inox et le plomb est correct à 9 % près. Les inventeurs ont estimé un biais sur la réalisation de l’essai : en effet, le barreau d’inox a été sorti initialement d’une eau en ébullition est séché puis placé dans le calorimètre 10 alors qu’il a perdu de l’énergie au cours de la mise en place. En équilibrant les énergies reçues et données, on calcule que la température de l’inox était plutôt de 94 °C, au lieu de 100°C théorique. La puissance échangée, c’est-à-dire l’énergie échangée dans le temps durant l’échange, peut être calculé car la durée du phénomène est d’environ 8 minutes. On obtient une valeur de puissance moyenne d’environ 1,2 W qui monte même à 2,7 W durant les 3 premières minutes de l’échange. On peut également approcher la précision sur la mesure de puissance lorsque la température moyenne ambiante varie peu, ce qui arrive durant 1 heure entre les repères chronologiques 40:00 et 1:40:00 pour laquelle la valeur de température ambiante est d’environ 25,4 °C. L’énergie du calorimètre 10 passe alors de 642 J à 610 J, ce qui permet de calculer un flux de pertes thermiques d’environ 9 mW pour un gradient de température d’environ 0,6 °C. La précision des mesures de puissance peut se confondre alors au flux de pertes thermiques. En conclusion de cet essai, le calorimètre 10 dimensionné avec les chiffres précédents et qui a été testé en laboratoire fonctionne bien avec des performances sur sa précision d’environ 15 mW et avec une incertitude d’environ 10 % si l’on utilise des outils numériques simples d’intégration par partie. En utilisant des méthodes numériques inverses, les inventeurs pensent que cette précision pourrait être augmentée et l’incertitude diminuée vers 3 %. L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Liste des références citées [1]: J.C. Jaboulay, S. Bourganel, “ Analysis of MERCI decay heat measurement for PWR UO2 fuel rod ”, Nuclear Technology 177(2012) 73-82. [2]: H. Carcreff, L. Salmon, and C. Courtaux, “ First In-Core Measurement Results Obtained with the Innovative Mobile Calorimeter CALMOS inside the OSIRIS Material Testing Reactor ”, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol.61, N°.4, Aug 2014 [3]: F. Sturek, L. Agrenius, Svensk Karnbranslehantering " Measurements of decay heat in spent nuclear fuel at the Swedish interim storage facility, Clab “, AB, RepportR-05-62, December 2006. [4]: P. Jansson, M. Bengtsson, Ul. Bäckström, K. Svensson, M. Lycksell, A. Sjöland, “ Data from calorimetric decay heat measurements of five used PWR 17x17 nuclear fuel assemblies ”, Data in brief 28 (2020) 104917. [5]: F. Muratori, « Étude de faisabilité et préconception d’une expérience de mesure de la puissance résiduelle d’un combustible nucléaire irradié aux temps très courts sur le réacteur RJH », PhD thesis from Aix-Marseille University, defended on October 26th, 2020. https://theses.hal.science/tel-03045906/file/2020_11_26_manuscrit_FINAL.pdf [6]: https://www.calorimetre-de-langavant.com/ Dispositif de mesure (10) de la puissance résiduelle linéique d’au moins une portion ou d’un morceau d’un crayon de combustible usé ou neuf, formant un calorimètre s’étendant autour d’un axe central (X1) et comprenant : - un bloc (11) à deux portions (110, 111) de bloc en matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs, chacune en forme d’une portion de couronne cylindrique fermée à chacune de ses extrémités longitudinales par une portion cylindrique percée en son centre par un trou débouchant (112), les deux portions de bloc pouvant être rapprochées l’une de l’autre d’une position ouverte dans laquelle elles sont écartées l’une de l’autre pour permettre l’insertion et le logement d’un crayon de combustible usé, à une position fermée dans laquelle elles sont rabattues l’une sur l’autre en délimitant une chambre d’absorption radioactive de forme cylindrique adaptée pour loger au moins une partie du crayon de combustible usé avec ses autres parties qui s’étendent de part et d’autre de la chambre, depuis les trous débouchant formant un passage cylindrique; - un boitier (12) à deux coques (120, 121) en matériau isolant thermique, chacune en forme d’une portion de couronne cylindrique fermée à chacune de ses extrémités longitudinales par une portion cylindrique percée en son centre par un trou débouchant (122), les deux coques pouvant être rapprochées l’une de l’autre d’une position ouverte dans laquelle elles sont écartées l’une de l’autre pour permettre l’insertion et le logement de la chambre d’absorption radioactive à une position fermée dans laquelle elles sont rabattues l’une sur l’autre en délimitant un logement adapté pour loger la chambre radioactive avec les autres parties du crayon de combustible qui s’étendent de part et d’autre du boitier depuis le passage cylindrique du bloc en passant par les trous débouchant formant également un passage cylindrique ; - des capteurs de mesure de température (C1 à C10), montés en traversée à travers l’une et/ou l’autre des portions de bloc d’absorption et à travers l’une et/ou l’autre des coques et adaptés pour mesurer la température le long d’au moins la partie du crayon de combustible usé dans les positions fermées du bloc et du boitier . Calorimètre selon la revendication 1, le matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs du bloc étant du plomb (Pb) ou un alliage de plomb. Calorimètre selon la revendication 1 ou 2, le bloc comprenant en outre un adaptateur (113) en matériau d’absorption thermique et aux rayonnements radioactifs et en forme d’une portion de couronne cylindrique de diamètre intérieur adaptée pour loger un crayon de combustible usé et de diamètre extérieur pour se loger dans une des deux portions de bloc. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, comprenant une enveloppe (13) de protection extérieure à deux portions d’enveloppe (130, 131) logeant chacune, avec complémentarités de formes, une des deux coques en matériau isolant thermique du boitier. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins une charnière (132) autour de laquelle les deux coques du boitier sont articulées entre elles, de sorte à les rapprocher ou les écarter, de la position ouverte à la position fermée ou vice-et-versa. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un moyen de blocage (133) en position ouverte des coques. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, le matériau isolant thermique du boitier étant du polystyrène. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, le matériau isolant thermique du boitier étant directement en contact avec le matériau d’absorption thermique et de rayonnements radioactifs dans la position fermée. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, les capteurs de mesure de température étant des sondes à résistance et/ou des thermocouples. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, les capteurs étant guidés et bloqués par des presses étoupes positionnés à l’extérieur et/ou à l’intérieur du boitier. Calorimètre selon l’une des revendications précédentes, comprenant un bâti-support (14) autoportant, adapté pour supporter le bloc, le boitier, les capteurs de température et le crayon de combustible usé, et le cas échéant l’enveloppe de protection extérieure. Cellule blindée logeant au moins un calorimètre selon l’une des revendications précédentes, les fils électriques reliés aux capteurs de température étant reliés à des connecteurs montés en traversée de paroi de la cellule blindée pour la transmission des signaux issus des capteurs vers un convertisseur analogique/numérique à l’extérieur. Utilisation d’un calorimètre selon l’une des revendications 1 à 11 ou de la cellule blindée selon la revendication 12, pour la mesure de la puissance résiduelle linéique d’au moins une portion ou d’un morceau d’un crayon de combustible usé ou neuf dont la matière fissile est choisie parmi l’oxyde d'uranium (IV) (UO 2 ), l’oxyde mixte (U, Pu)O 2 ou un mélange mixte à base d'oxyde d'uranium et d'oxydes de plutonium retraités (MOx) ou toute autre source radioactive ou thermique à base de produits de fission, d’actinides ou produits d’activation.