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L’enveloppe du cœur du réacteur est incorporée à l’intérieur de la cuve de pression d’un réacteur à eau bouillante. L’enveloppe, appelée aussi la jupe du cœur, a la forme d’un cylindre et se compose d’une membrane d’acier épaisse. Elle ne se trouve par ailleurs pas sous pression. Cet élément n’a pas une fonction de barrière pour le confinement de la radioactivité. L’Inspection fédérale de la sécurité nucléaire (IFSN) évalue l’intégrité des enveloppes des cœurs des réacteurs.
L’enveloppe du cœur est fixée en-haut et en-bas à l’intérieur de la cuve de pression du réacteur. Plusieurs cylindres en acier soudés ensemble les uns sur les autres la composent. L’enveloppe du cœur appartient aux pièces incorporées du cœur du réacteur. Elle ne conduit pas la pression, au contraire de la cuve du réacteur. Son épaisseur est en conséquence, avec ses trois à cinq centimètres, relativement faible.
Les termes « enveloppe du cœur » ou « jupe du cœur » ne sont utilisés que pour des réacteurs à eau bouillante. La structure équivalente dans des réacteurs à eau pressurisée est désignée comme cuve ou structure de support du cœur du réacteur. Les conditions d’écoulement y sont toutefois différentes. La fonction de cette structure diffère également dans des réacteurs à eau pressurisée. Ainsi, seuls les deux réacteurs de Leibstadt et de Mühleberg contiennent une enveloppe du cœur du réacteur en Suisse.
- Couvercle de la cuve
- Sortie d’eau du circuit primaire (sous forme de vapeur)
- Vapeur
- Entrée d’eau du circuit primaire
- Enveloppe du cœur du réacteur
- Assemblages combustibles
- Barres de commande
L’enveloppe du cœur sépare les sens d’écoulement de l’eau de refroidissement du réacteur à l’intérieur de la cuve de pression. De plus, elle a pour tâche de stabiliser les assemblages combustibles et de maintenir le niveau de l’eau.
Elle ne se trouve pas sous pression et n’a aucune fonction de confinement. Elle est ouverte en haut et en bas.
En Suisse, seuls les deux réacteurs de Leibstadt et de Mühleberg contiennent des enveloppes de cœurs.L’enveloppe du coeur remplit principalement les trois fonctions décrites ci-après:
– Diriger le sens de l‘écoulement
L’enveloppe du cœur sépare, à l’intérieur de la cuve de pression, les sens de l’écoulement de l’eau de refroidissement du réacteur. Elle dissocie également les eaux de températures différentes. Dans le passage annulaire entre la jupe du cœur et la paroi de la cuve de pression du réacteur, de l’eau plus froide s’écoule de haut en bas. À l’intérieur de l’enveloppe du cœur – là où les éléments combustibles sont placés – de l’eau plus chaude est diffusée en sens inverse, à savoir de bas en haut. Ces conditions d’écoulements se mettent en place d’elles-mêmes comme cycle naturel en raison de la chaleur des assemblages combustibles. Les pompes du système de recirculation du réacteur peuvent accélérer le courant passant auprès des éléments combustibles. La puissance du réacteur dépend directement de la vitesse d’écoulement de l’eau. La puissance du réacteur à eau bouillante est ainsi régulée à l’aide de pompes de recirculation. Dans un tel réacteur, l’eau s’échauffe et se transforme en partie en vapeur lorsqu’elle passe vers les assemblages combustibles. Cette vapeur est ensuite acheminée hors du domaine supérieur de la cuve de pression du réacteur via les conduites du circuit primaire. Elle arrive alors aux turbines.
– Stabiliser les assemblages combustibles
A l’intérieur de l’enveloppe du cœur du réacteur, une plaque de fondation se trouve dans la partie inférieure. La grille du cœur est située quant à elle en-haut. Les deux éléments servent à garantir la position latérale des assemblages combustibles. L’insertion des barres de commande est ainsi possible à tout moment.
– Maintenir le niveau de l’eau
L’enveloppe du coeur doit être suffisamment étanche. Même en cas de rupture de la plus grosse conduite du circuit primaire, un remplissage du cœur est possible jusqu’au deux tiers de sa hauteur. Il s’agit une condition préalable au refroidissement suffisant du cœur du réacteur dans ce cas.
Contrôle périodique de l’enveloppe du coeur
Depuis de nombreuses années, des réacteurs à eau bouillante sont en exploitation dans différents pays. En raison de cette expérience, il est connu que des fissures peuvent se former dans des joints de soudure des enveloppes du cœur du réacteur. Elles sont par conséquent bien étudiées. La formation et la diffusion des fissures résultent principalement de la corrosion fissurante. Celle-ci apparaît en fonction de conditions chimiques et physiques précises. Etant donné que l’enveloppe du cœur n’est pas une construction du réacteur devant conduire la pression, l’exploitation peut être poursuivie malgré la présence de fissures. La poursuite de l’exploitation dépend toutefois de la dimension de la fissure. La stabilité mécanique ou le maintien du niveau de l’eau ne doivent pas être compromis lors d’une défaillance avec une perte importante de moyen de refroidissement. L’enveloppe du cœur doit donc être régulièrement examinée en fonction de la technique des matériaux. Elle doit également être soumise à une évaluation quant à la sécurité technique.
Les enveloppes du coeur peuvent être renforcées, réparées ou remplacées. La dernière option est toutefois synonyme d’exposition importante du personnel aux radiations. En vue du renforcement et de la stabilisation de la jupe du cœur, des tirants d’ancrage sont souvent installés. Cette technique est surtout appliquée lorsque des fissures sont présentes dans des joints de soudure. Des tirants d’ancrage ont ainsi été montés en Espagne, au Japon, aux Etats-Unis et en Suisse à Mühleberg.
Afin d’identifier suffisamment tôt l’apparition de fissures et de suivre leur développement, des programmes de surveillance spécifiques sont en place. Les joints de soudure sont contrôlés périodiquement. Ces investigations ont lieu lors des arrêts pour révision au moyen de méthodes d’examen non destructives. L’Inspection fédérale de la sécurité nucléaire (IFSN) évalue l’intégrité des enveloppes des cœurs des deux réacteurs à eau bouillante suisses. Elle se base pour ce faire sur des vérifications de joints de soudure, sur des mesures du développement des fissures et sur des évaluations issues de la mécanique de rupture.