Composants lourds : au coeur de la performance

Epreuve hydraulique de la cuve de Civaux

Avec l’usine de Chalon/Saint-Marcel, AREVA dispose d’un outil industriel sans équivalent au monde pour la fabrication de composants lourds cuves, couvercles et internes de cuve, générateurs de vapeur, pressuriseurs, supportages…. La qualité de fabrication de ces composants conditionne la performance d’une centrale. Les technologies mises en œuvre et la précision des opérations d'assemblages sont à la hauteur des enjeux.

Les composants de la boucle primaire

Les cuves, les générateurs de vapeur et les pressuriseurs ne sont pas seulement des composants lourds. Ce sont aussi des équipements complexes qui nécessitent des opérations mécaniques de haute précision au centième de millimètre sur des pièces forgées de plusieurs dizaines ou centaines de tonnes.

C’est par exemple le cas pour le perçage profond réalisé par trois têtes de forage dans des plaques en acier spécial jusqu’à 1 mètre d’épaisseur avec une précision géométrique au 1/100 de millimètre.

Toutes les opérations d’assemblage à l’intérieur des composants sont réalisées au sein de modules de montage confinés, propres et rigoureusement contrôlés. Pour certaines pièces, le montage précis est assuré par guidage laser.

Schéma d'un circuit primaire de réacteur nucléaire

Une salle blindée dotée d’un accélérateur linéaire accueille les pièces pour des tests radio de la qualité de la matière en profondeur. Des épreuves de mise en situation fonctionnelle clôturent le processus de contrôle et de vérification.

Les générateurs de vapeur sont ainsi soumis à une épreuve hydraulique de mise en surpression à 250 bars, soit une fois et demi la pression qui régnera dans la centrale.

Cuves de réacteurs et internes
Un confinement à plusieurs dimensions
La cuve du réacteur est le composant principal du circuit primaire. Enceinte en acier étanche de forte épaisseur, elle renferme le cœur du réacteur et les systèmes de contrôle de la réaction. Au sein de la cuve, le fluide caloporteur extrait la chaleur produite par la réaction nucléaire puis la transmet à l’eau du circuit secondaire dans le générateur de vapeur.
Les équipements internes – un réseau complexe de béquilles de supportage, de plaques, de tubes-guides, de boucliers et de chicanes – composent une solide infrastructure pour le cœur et l'isolent des vibrations.
L'épaisseur de la paroi en acier au carbone de la cuve (de 20 à 30 cm) et les gaines en acier inoxydable garantissent le confinement des réactions internes.
Quelques ordres de grandeur pour une cuve de type EPR^TM :
- Une hauteur de 13 m avec son couvercle.
- Un diamètre de 5,4 m.
- Une masse de 526 tonnes avec son couvercle.
- Une épaisseur de plus de 30 cm.
Fabrication
Atteindre et maintenir le plus haut niveau de sûreté est l'objectif principal d'AREVA. L'expérience acquise dans la fabrication de cuves de réacteurs et d'équipements internes est sans égale : AREVA a déjà livré 79 cuves pour réacteurs à eau sous pression (REP) et plus de 79 équipements internes de cuves, ainsi qu'une grande quantité d'équipements pour réacteurs neufs.
Couvercles

La conception des couvercles de cuve améliore la sûreté et la rentabilité
Pesant plusieurs tonnes et revêtus d'acier inoxydable, les couvercles de cuve constituent une barrière de protection entre le combustible à l'intérieur de la cuve et le monde extérieur. La présence de perforations usinées avec précision permet par ailleurs le passage des mécanismes (les barres de contrôle) régulant la réaction nucléaire.
La conception des couvercles doit donc assurer efficacement et en toute sécurité cette double fonction d'étanchéité et de traversée.
Fabrication
AREVA a livré jusqu'à présent 79 couvercles d'origine. L'usine de Chalon/Saint-Marcel est dotée des outils informatiques et des équipements les plus performants, permettant de réaliser toutes les opérations de soudage de précision, de formage et d'usinage.
Remplacement
Le groupe a été, dès 1992, le premier au monde à proposer des services pour le remplacement de couvercles de cuves. Il a depuis assuré la fabrication et la mise en place de plus de 74 couvercles (y compris le démontage, le remontage et les essais) en Amérique, en Asie et en Europe, soit 78 % du marché mondial.
Générateurs de vapeur
Le générateur de vapeur (GV) est un échangeur de chaleur assurant le transfert des calories de l’eau du circuit primaire à l’eau du circuit secondaire, qui est transformée en vapeur. Cette vapeur entraîne ensuite une turbine produisant de l’électricité.
Dans ce contexte, la préservation des qualités intrinsèques du générateur de vapeur, et particulièrement du faisceau de tubes qui le compose, est essentielle pour la sûreté et la performance d'une centrale nucléaire.
Quelques ordres de grandeur :
- Une masse pouvant dépasser 500 t : générateur de vapeur type EPR^TM.
- Une hauteur de 24 m : générateur de vapeur type EPR^TM.
- 18 000 alésages sur les générateurs de vapeur Saint-Lucie.
- 140 km de tubes sur un seul générateur de vapeur type EPR^TM.
Fabrication
AREVA a livré plus près de 317 générateurs de vapeur d'origine. Avec une gamme de modèles très étendue, en termes de puissance, de taille et de capacité, le groupe peut adapter ses générateurs de vapeur haute-performance à n'importe quel type de centrale.
Remplacement
Le remplacement des générateurs de vapeur permet d'éliminer la corrosion dans le faisceau de tubes, pour recouvrer une puissance accrue et augmenter la durée de vie globale d'une centrale.
Depuis 1998, AREVA a procédé à plus de 79 remplacements de générateurs de vapeur et a, notamment, couvert la moitié du marché de remplacement aux États-Unis. Le groupe fournit également une aide à la conception et aux demandes réglementaires (licensing) de mise en service de générateurs de vapeur dans le monde entier.
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Au cœur d'un générateur de vapeur

Composants essentiels d'une centrale, les générateurs de vapeur ont pour rôle de transférer l'énergie sous forme de chaleur depuis le cœur vers les turbines. Leurs performances dépendent de son ingénierie et de sa construction. Visite virtuelle au coeur d'un générateurs de vapeur.
Pressuriseurs
Maintenir une pression constante dans le circuit primaire
Le rôle du pressuriseur est de maintenir l'eau du circuit primaire à une pression constante. Ce composant-clé est constitué d'un réservoir cylindrique vertical en acier, équipé de réchauffeurs électriques permettant d'ajuster la pression de l'eau au sein du circuit primaire. La pressurisation du circuit à 155 bars maintient l'eau à l'état liquide et facilite ainsi un échange thermique le plus efficace possible.
Quelques ordres de grandeur pour un pressuriseur de type EPR :
- Une masse de 113 tonnes.
- Une hauteur de plus de 13 m.
- Un diamètre de près de 3 m.
Fabrication
L'usine de Chalon/Saint-Marcel a déjà fabriqué et livré 68 pressuriseurs pour réacteurs à eau légère. Les différents modèles, destinés à des centrales de 900 à 1 450 MWe, sont équipés de 66 à 99 réchauffeurs. Un pressuriseur pour réacteur de 900 MWe offre une puissance thermique de 1 440 kW.
Remplacement
Les exploitants nucléaires découvrent depuis peu les avantages économiques d'un remplacement complet de pressuriseur par rapport à de multiples réparations. Le remplacement résout en effet tous les problèmes liés à la corrosion ou à la fissuration, que l'on trouve dans les tubulures de chauffage en alliage 600 ou dans les soudures bout-à-bout bimétalliques.
AREVA anticipe donc une importante demande en raison des dispositions prises par de nombreuses centrales dans le monde pour remplacer les composants en alliage 600 par de nouveaux en alliage 690. AREVA a fabriqué et remplacé avec succès le pressuriseur de la centrale de Sainte Lucie aux Etats-Unis, en 2008. Cette intervention était une première mondiale.
Réservoirs et supportages
Fabrication
La liste des composants auxiliaires contribuant à la sûreté d'un réacteur nucléaire est très longue : accumulateurs, réservoirs d'injection de bore, supportages horizontaux et verticaux des générateurs de vapeur, pompes et cuves de réacteur, couvercles de cuve et plateformes de levage internes, supports de cuve, bridages de la tuyauterie primaire…
Chaque équipement est fabriqué selon des critères bien précis :
- conformité avec les normes et codes internationaux et locaux,
- mise en œuvre des techniques d'usinage, de soudage et d'assemblage de haute précision.
Il est soumis à des essais hydrauliques et des essais de charge rigoureux, conduits en atelier avant toute mise en service.
Réservoirs d'injection
Un équipement essentiel dans ce domaine est le système d'injection de bore. Sa fonction principale est d'apporter un bore concentré dans le circuit primaire dans des conditions de fonctionnement accidentelles, comme des ruptures de tuyauterie vapeur ou d'eau du circuit secondaire. Chaque réservoir est équipé d'une pompe qui injecte du bore dans le circuit primaire. Le bore absorbe les neutrons qui provoquent la fission, amenant ainsi le réacteur à un état sous-critique.
AREVA a déjà fabriqué plus de 50 réservoirs d'injection. Les nouveaux modèles permettent de réduire la quantité de bore nécessaire pour neutraliser la réaction nucléaire, reflétant ainsi les progrès techniques liés à d'autres composants.
Accumulateurs
Les accumulateurs contiennent également de l'eau borée qui pénètre dans le circuit primaire en cas de baisse de la pression normale, compensant ainsi le flux de liquide réfrigérant dans le coeur du réacteur. AREVA fabrique une gamme complète d'accumulateurs revêtus d'acier inoxydable ou tout inox, pesant de 32 à 38 tonnes.
Supportages
Les supportages lourds sont des équipements permettant le support et le maintien des composants principaux de la boucle primaire. Ils permettent par ailleurs de réduire les vibrations subies par les composants en situation accidentelle ou sismique. Leurs caractéristiques de résistance sont les plus élevées qui soient dans toute l'industrie.